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RADIOGRAFIA
INDUSTRIAL
1. INTRODUÇAO
1.1 DESCOBERTA E EVOLUÇAO DOS RAIOS X
Na noite de 9 de Novembro de 1895 – Wilhelm Konrad Von Roentgen descobre casualmente os raios x. Através da fluorescência de uma folha de papel de platino cianeto de Bário durante as experiências no tubo de raios catódicos (ampola de Hittorf-Crookes).Quinze dias após, Roentgen faz a sua primeira radiografia a uma mão.Em 28 de Dezembro de 1895 Roentgen faz a apresentação da descoberta na sociedade de física médica de Wurtzbourg, onde Kolliker como presidente da sessão propõe e é aclamado de que os raios passem a ser conhecidos por raios Roentgen.Em 2 de Fevereiro de 1896 o Dr. Henrique Teixeira Bastos, catedrático da Física da faculdade de filosofia de Coimbra, obteve as primeiras radiografias em Portugal a um dedo e uma chave.Em 1896 começam os raios x a ser utilizados na medicina, sendo em Portugal ministerialmente autorizados para serviço hospitalar em 4 de Dezembro de 1897 e entrando em actividade em 2 de Outubro de 1898.Em 1896 é descoberta a radioactividade no Urânio pelo físico francês Henry Becquerel.Em 1898 o físico Pierre Curie e sua mulher Marie Curie juntamente com o físico G. Bémont descobrem que o Rádio (Ra) é dotado de intensa
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radioactividade (o Rádio encontra-se na pechblenda que é um oxido natural de Urânio).Só em 1900, Kienbock demonstrou serem os raios x causadores de lesões da pele (radiodermite).Só em 1912 é descoberta a natureza dos raios x. Radiações de natureza electromagnética semelhante à luz visível, cujas propriedades são de:- Propagação em linha recta- Acção sobre emulsão fotográfica- Produção de fluorescência e fosforescência- Absorção pela matéria- Produzir danos nas células vivas e modificações genéticas- Ionizar os gases- Natureza ondulatória com vários comprimentos de onda- Dispersão de “reflexão”, difracção, refracção e polarização- Indiferença aos campos eléctricos e magnéticos- Velocidade de propagação igual (300 000 km/s)- Não ser visível
Em 1914 apareceram as ampolas de colige que permitem a variação da qualidade e da quantidade de radiação.Em 1920 inicia-se na Europa o emprego dos raios x na inspecção de metais.Em 1922 nos Estados Unidos o Dr. Hester foi o pioneiro da utilização dos raios x na indústria com utilização de um equipamento industrial.Em 1928 (cinco anos após a morte de Roentgen aos 78 anos), no 2º congresso internacional de radiologia (em Estocolmo), é criada a unidade internacional de medição de radiação x, o Roentgen (R).A partir de 1930 a radiação gama, com o Random, foi aceite como técnica radiográfica industrial.Em 1934 Mme Curie e o marido Frederic Joliot descobrem a radioactividade artificial obtendo elementos radioactivos artificiais, mas só a partir de 1948 através dos primeiros reactores nucleares é que se começaram a produzir isótopos a preços acessíveis destinados à radiografia industrial.
1.2 APLICAÇÕES E LIMITAÇÕES DA RADIOGRAFIA
1.2.1 Aplicação da radiografia
Devido às propriedades de penetração e absorção da radiação x e gama, a radiografia é usada para examinar diversos produtos, nomeadamente, soldaduras, peças de fundição, forjados ou fabricados.
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O exame radiográfico é um dos principais métodos não destrutivos, usados hoje em dia.O exame radiográfico requer normalmente:
A exposição de um filme para registar os raios x ou gama que penetram no objecto.
Revelação do filme expostoE a interpretação da radiografia obtida
1.2.2 Vantagens da radiografia
Pode ser usada na maior parte dos materiais Permite uma imagem em registo permanente Inspecciona o interior dos materiais Revela os erros de fabricação Evidencia descontinuidades estruturais
1.2.3 Limitações da radiografia
Difícil aplicação em objectos de geometria complexa Necessidade de acesso às duas faces do objecto Difícil ou impossível a detecção de defeitos lamelares paralelos ao
filme É um método relativamente caro Necessita-se de aplicar condições de segurança
Como as radiações não podem ser detectadas por qualquer um dos cinco sentidos, exigem-se rigorosas medidas de segurança. As radiações podem causar danos ou mesmo destruição das células do corpo humano.É essencial que os técnicos de radiografia tenham sempre em atenção o perigo da radiação e o conhecimento das regras de segurança.Terão de ser usados detectores de radiação.
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2. ORIGEM E NATUREZA DA RADIAÇÃO
2.1 ESTRUTURA DO ÁTOMOA fim de se compreender o estudo da radiografia deve-se em primeiro lugar
saber algo acerca da natureza da matéria, sua estrutura e características.
Neste capítulo iremos abordar o estudo do átomo. Estudaremos também a
identificação dos átomos por um sistema que considera o tipo e o número
de partículas nos vários átomos.
Consideremos as três partículas fundamentais das quais é feita a matéria:
protão, neutrão e o electrão.
Existem outras, mas não são de particular importância para o nosso estudo.
Observemos então as três partículas:
PROTÃO: Esta é uma partícula relativamente pesada com uma carga
eléctrica positiva
NEUTRÃO: Esta partícula é quase do mesmo tamanho e peso que o
protão, só que é neutro, ou seja, não tem carga eléctrica.
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ELECTRÃO: Esta é uma partícula relativamente leve em relação ao
protão ou ao neutrão. Tem uma carga eléctrica negativa
O número de cada uma destas partículas que constituem o átomo,
determina a natureza do átomo.
Existem mais de 100 átomos diferentes e esse número vem aumentando
cada vez que os cientistas criam novos elementos. Cada um desses átomos
identifica-se como um elemento, e é dado um nome, Ex: Oxigénio, ferro,
Enxofre, Chumbo, são nomes comuns de elementos básicos.
Os elementos, ou combinações químicas dos elementos (moléculas),
formam todas as coisas que vemos no nosso dia a dia. A cadeira onde nos
sentamos, o tecto sobre a nossa cabeça, o ar à nossa volta, tudo é feito de
átomos ou de combinações de átomos, ou elementos diferentes.
Os átomos são partículas extremamente pequenas da matéria. Existem
biliões de átomos de carbono na ponta de um lápis! Este facto é tanto mais
extraordinário quando se ouve pela primeira vez, mas mais surpreendente
ainda é o facto de que mais de 99,9% de um átomo é espaço vazio.
Neste momento você está sentado em menos de 1/100 do que aquilo que
pensava!
Os protões e os neutrões estão agrupados no centro do átomo. Este grupo
de protões e neutrões é chamado o núcleo do átomo.
Considerando o tamanho do núcleo e dos electrões, a distancia à qual
orbitam os electrões ser muito grande e todo o espaço entre o núcleo e os
electrões ser um vazio, daí o se ter afirmado anteriormente que 99,9% do
átomo ser um vazio.
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O número de protões num átomo (e portanto o numero de electrões dado
serem iguais), determina a natureza do átomo ou elemento. Por exemplo,
todos os átomos que tenham 8 protões, são átomos de oxigénio, todos os
átomos que tenham 26 protões são átomos de ferro.
Observemos uma lista parcial dos elementos fundamentais começando pelo mais
simples, vejamos como se relacionam com o número de protões no núcleo:
Nº de Protões Elemento
1 Hidrogénio
2 Hélio
3 Lítio
4 Berílio
26 Ferro
27 Cobalto
28 Níquel
77 Irídio
78 Platina
Os elementos fundamentais tais como os mencionados anteriormente,
podem ser identificados ou tabelados de várias maneiras.
A maneira óbvia é usar um nome. Por exemplo hidrogénio, hélio, cobalto,
etc.
Por outro lado, cada um dos elementos tem um símbolo ou abreviação que
substitui muitas vezes o nome completo:
Elemento Abreviação
Hidrogénio H
Hélio He
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Cobalto Co
Irídio Ir
Porém acontece em alguns casos o nome não corresponder ao símbolo. Por
exemplo, o símbolo do ouro é Au.
Existe uma outra maneira de identificar um elemento fundamental. Dado
que, cada elemento tem um número específico de protões, em cada um dos
seus átomos qualquer elemento pode ser identificado por este número.
O número de protões no núcleo de um átomo é conhecido por número
atómico ou numero Z. Não há dois elementos que tenham o mesmo número
de protões nos seus átomos.
Elemento Numero Z
Hidrogénio 1
Hélio 2
Cobalto 27
Irídio 77
Resumindo, um átomo que tenha 77 protões, 115 neutrões e 77 electrões,
tem um número atómico (Z) 77.
Como assunto de interesse, o átomo descrito é o irídio radioactivo, uma
fonte de radiação usada normalmente na radiografia.
Foi mencionado anteriormente que os protões e neutrões são quase iguais
em tamanho e peso. A única diferença que nos interessa, é que o protão tem
uma carga positiva, e o neutrão tem uma carga neutra.
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Se fosse possível pesar um único átomo, a maior parte do peso seria dado
pelo núcleo (protões e neutrões). Os electrões e outras partículas incidentais
são tão leves que não afectam o peso do átomo.
Dado que os átomos são pedaços extremamente pequenos de matéria, não é
possível tentar exprimir o seu peso em gramas. Em vez disso, é utilizada
uma unidade de peso muito pequena, a Unidade de Massa Atómica –
AMU.
Tecnicamente um AMU é 1/12 do peso da massa de um átomo de carbono
que tem 6 protões e 6 neutrões no seu núcleo. Contudo, na prática um
AMU é quase igual ao peso da massa de um neutrão.
Como se verá mais á frente, todos os átomos do mesmo elemento não têm o
mesmo peso porque existem variações no número de neutrões em átomos
diferentes do mesmo elemento.
Existe um meio de identificar átomos, não só pelo número Z, mas também
por outro meio que tenha em conta a variação do número de neutrões. Este
é feito através de um número que é igual ao número total de protões e
neutrões no núcleo. Dado que este numero é conhecido como o numero de
massa ou numero A.
Como radiologista, o termo AMU raramente surgirá.
2.2 Materiais radioactivosObservemos alguns átomos do mesmo elemento nos quais o número A é
diferente. Tomemos como exemplo o elemento hidrogénio. É o mais
simples e o mais leve de todos os elementos. O hidrogénio tem o número Z
de 1, assim sabemos que todos os átomos de hidrogénio terão 1 protão no
seu núcleo.
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- Esta é a forma comum do hidrogénio.
- Tem 1 protão e um electrão em equilíbrio
- Não tem neutrões (Este é o único átomo que não tem neutrões no seu
núcleo)
- Esta é a forma mais rara do hidrogénio
- Sabe-se que é hidrogénio porque tem um protão
- Mas este átomo de hidrogénio tem um neutrão no seu núcleo, algumas
vezes chamam-no de “hidrogénio pesado” porque o seu peso é duas vezes
maior que o átomo normal.
Estes dois tipos de hidrogénio são chamados de isótopos de hidrogénio.
Os isótopos de um elemento poderiam ser comparados como as espécies
de cães ou de gatos. Tal como existem pastores alemães, galgos e outras
espécies de cães, existem isótopos ou “especies” de um elemento. Á família
de átomos que constituem um elemento qualquer são chamados Isótopos
desse elemento.
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A maior parte dos isótopos dos vários elementos surge na natureza
contudo, nos últimos anos foram criados artificialmente um grande numero
de novos isótopos nos reactores nucleares e aceleradores de partículas,
(cisão do átomo). Estes isótopos artificiais são criados pelo
bombardeamento de um elemento qualquer com grandes quantidades de
neutrões. Dado que um grande número de neutrões é liberto pelo processo
de cisão atómica, um reactor nuclear será o lugar ideal para criar novos
isótopos.
Após terem sido expostos durante certo tempo a uma alta concentração de
neutrões num reactor nuclear, os átomos do elemento básico absorverão
neutrões extra. O número “A” destes átomos aumentou. O número de
protões mantém-se o mesmo, logo o átomo pertence ainda ao mesmo
elemento, mas é um tipo ou isótopo diferente do elemento.
Quando um novo isótopo está contido na sua forma, portanto os neutrões
extra não alteram o equilíbrio no núcleo o isótopo diz-se “estável”. Mas se
não há esse equilíbrio, diz-se “instável”.
Um átomo instável desintegrar-se-á ou decairá até encontrar a sua forma
estável. Os átomos ao se desintegrarem emitem finas partículas de energia
até se tornarem estáveis. Tais átomos instáveis são também conhecidos
como RADIOACTIVOS.
Na natureza encontra-se um certo número de isótopos radioactivos
(radioisótopos). Contam-se muitas histórias acerca do rádio, como foi
descoberto e usado anos atrás. Juntamente com o urânio, serão concerteza
os isótopos radioactivos naturais mais conhecidos. Os radioisótopos na
natureza são escassos. Se em determinada época havia mais, eles foram-se
desintegrando e tornando-se estáveis após biliões de anos. Nos anos mais
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recentes, em virtude dos cientistas terem acesso aos reactores nucleares,
foram criadas famílias de novos isótopos radioactivos.
O processo de criação artificial dos radioisótopos é conhecido pela
activação. Um isótopo estável é activado num reactor nuclear quando os
neutrões livres penetram no núcleo e aumenta o número A. O novo isótopo
resultante é instável ou radioactivo.
Alguns destes radioisótopos artificiais desintegram-se tão rapidamente que
é quase impossível detectá-los. Outros têm vidas maiores e consoante as
suas características assim são aplicados na indústria e em investigações
científicas. A radiografia é uma das aplicações de certos isótopos.
Durante a desintegração são emitidas partículas finas, partículas de energia
que se propagam a alta velocidade na forma de ondas. Tudo isto é a
radiação – partículas e ondas. Tem a sua origem no núcleo do átomo
radioactivo.
A figura representa um pedaço de material radioactivo. Pode-se ver
graficamente claro a desintegração dos átomos.
A partícula alfa é a maior e a mais pesada das partículas e é composta por 2
protões e 2 neutrões. A partícula beta é uma partícula muito leve e é
fundamentalmente um electrão de velocidade elevada.
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A linha ondulada representa um raio gama. É uma onda na forma de
energia não uma partícula.
Como é que esta radiação afecta o núcleo atómico?
Tomemos por exemplo um átomo do elemento polónio (PO-210). Este tem
84 protões e 126 neutrões no seu núcleo, e ao desintegrar-se emite uma
partícula alfa (2 protões e 2 neutrões). O átomo resultante poder-se-á
descrever em termos A e Z da seguinte forma: Z= 82 e A= 206 ou seja
resultará um átomo diferente que será o átomo do Po-206.
De notar que o chumbo tem menos 4 do que o numero A do Polónio.
Resumindo a desintegração da partícula alfa resultará sempre num novo
elemento com menos 2 protões e com um numero A com menos 4 que o
original. Quando tem lugar a desintegração de um átomo pela emissão de
uma partícula beta, o processo é um pouco mais complicado. A fim de se
compreender este tipo de desintegração, observemos um neutrão, como se
fosse a combinação de um protão e de um electrão.
Não se alterou a ideia básica da partícula neutra. Assim, num átomo estável
os protões, neutrões e electrões estão perfeitamente instalados de modo a
que continuem nesse estado. Num estado instável ou radioactivo, o átomo
depara com forças que transformarão uma partícula noutra.
Alguns núcleos radioactivos emitem partículas beta (electrões de
velocidade elevada) quando se desintegram.
De observar que estes não são electrões orbitais, têm origem no núcleo.
Normalmente sabemos que um núcleo não tem quaisquer electrões,
contudo, e para exemplo admitiu-se que o neutrão era uma combinação de
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um protão e de um electrão. Quando o electrão é removido, o neutrão
torna-se num protão. É isso que acontece durante a desintegração beta. Um
neutrão no núcleo radioactivo expulsará uma partícula beta (electrão
nuclear) e torna-se num protão.
Como exemplo consideremos o isótopo radioactivo de irídio 192. Tem 77
protões e 115 neutrões no seu núcleo (77+115=192). Quando um electrão
se ejecta como uma partícula beta, um neutrão é convertido num protão.
Agora o novo átomo tem 78 protões e 114 neutrões. O número A mantém-
se o mesmo mas o número Z é 78 em vez de 77. O átomo de irídio
transformou-se no de Platina (Pt 192).
Vamos agora falar acerca de uma energia adicional reguladora no átomo
radioactivo quando emite uma partícula alfa ou uma partícula beta.
Esta energia resulta na emissão de um raio gama. As partículas alfa e beta
não têm valor na radiografia. Ao se operar com isótopos radioactivos
apenas os raios gama têm interesse para o radiologista.
Resumindo os modos ou processos comuns de desintegração radioactiva,
um átomo radioactivo depende do seu tipo, pode-se desintegrar por meio
das seguintes formas:
- Emissão Alfa apenas (Não tem interesse)
- Emissão Beta apenas (Não tem interesse)
- Emissão Alfa e Gama
- Emissão Beta e Gama
Existem outras formas de desintegração, mas são tão raras que não têm
interesse. Deve-se acrescentar que um isótopo radioactivo desintegrar-se-á
e acordo com uma forma característica.
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Por exemplo, uma quantidade de Túlio 170 (Tm170), emitirá sempre
partículas Beta dentro de uma faixa previsível de energia, acrescentado de
raios Gama de energia específica. Nenhum outro isótopo tem exactamente
a mesma forma de desintegração. Além disso, o produto da desintegração
radioactiva pode também ser radioactivo. Por exemplo, quando se dá a
desintegração do rádio, liberta uma partícula Alfa e torna-se o elemento
radioactivo Radão. O Radão por seu turno desintegra-se noutros elementos
radioactivos até se tornar finalmente num isótopo estável de chumbo (Pb
206).
Todos estes elementos resultantes de sucessivas desintegrações, quer sejam
radioactivas ou não, são chamados de produtos filhos do elemento
radioactivo original.
Como é que a energia origina raios Gama e como é que a energia oriunda
das partículas atómicas é ejectada?
E=m G C2
O criador desta equação foi Albert Einstein, e diz-nos que:
A energia e a massa são intermutáveis.
E é a energia, m é a massa e C é a velocidade da luz.
Como é lógico C2 é um número muito grande o que significa que a massa
muito pequena, pode ser convertida em energias bastante elevadas. Este é o
princípio no qual se fundamenta a bomba atómica e de hidrogénio, a
conversão de massa nuclear em energia. No caso da radioactividade, a
“perda de massa” no núcleo que resulta em energia, é insignificante.
Vejamos agra como a radioactividade é medida.
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A unidade básica para descrever a actividade (radioactividade) de uma
quantidade de material radioactivo é o Curie, identificado assim depois da
descoberta do Rádio.
Diz-se que uma quantidade de material radioactivo tem uma actividade de
um Curie (C), quando 37 biliões dos seus átomos se desintegram num
segundo. Em termos científicos, escreve-se: 1C=3,7 x 1010 desintegrações /
segundo, ou 37 x 109 desintegrações / segundo. De outra maneira, por
exemplo uma fonte de material radioactivo de qualquer tamanho da que
sabemos que alguns dos átomos intáveis se estão a desintegrar em cada
segundo, se a gama de desintegração é de 37 biliões de átomos em cada
segundo a fonte tem uma actividade de 1 Curie.
Se mais do que 37 biliões se desintegram num segundo a fonte tem uma
actividade maior do que 1 Curie se for menos do que 37 biliões a fonte tem
menos do que 1 Curie.
Observemos uma fonte com o volume de 1 cm3 e que tem uma actividade de
4 Curies. Se cortássemos a fonte em duas partículas iguais de ½ cm3 cada,
que actividade terá cada uma delas?
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Portanto, o número de desintegrações por segundo em cada pedaço é
metade do original. Em raras ocasiões, podem-nos surgir actividades
extremamente pequenas. Existem submúltiplos do Curie para descrever a
actividade de tais fontes:
1 milicurie (mC) é 1/1000 de 1 Curie e
1 microcurie (μC) é 1/1000000 de 1 Curie
De notar que até aqui, ao se falar da actividade de uma fonte radioactiva
dizemos desintegrações dos átomos e não radiação resultante. Como se
afirmou antes, cada fonte radioactiva tem a sua própria forma de
desintegração.
Numa desintegração de uma fonte radioactiva, não significa
necessariamente que seja emitido um raio gama. Por exemplo, numa fonte
de Co 60 cada átomo desintegra-se pela emissão de uma partícula Beta
logo de seguida fazem-se ajustamentos de energia no átomo e são emitidos
dois raios gama. Cada um destes raios tem uma certa energia que é sempre
a mesma. No caso do Co 60, temos então que em cada desintegração
nascem dois raios Gama.
A actividade, em Curies, de uma grama de qualquer fonte, é conhecida
como a actividade específica da fonte. Por exemplo, se duas gramas de uma
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fonte de Co 60 têm uma actividade de 50 Ci, a actividade específica da
fonte é de 25 Ci / grama (25 Ci/g).
Na família dos isótopos utilizados geralmente na radiografia, a actividade
específica é importante porque é uma indicação do tamanho da pilha
radioactiva a ser solicitada para fornecer uma actividade suficiente para a
inspecção radiográfica.
Cada isótopo radioactivo tem uma forma própria de se desintegrar, não
apenas no que se refere à libertação de energia, como já se disse
anteriormente, mas também à sua duração. Alguns isótopos desintegram-se
rapidamente, enquanto que outros desintegram-se mais lentamente. Dos
primeiros, diz-se que têm uma actividade específica elevada, dos segundos
que têm uma actividade específica baixa.
A duração ou período de tempo no qual os isótopos desintegram metade
dos seus átomos é conhecida como meia vida. Cada radioisótopo tem a sua
própria meia-vida. As meias-vidas para os vários radioisótopos variam de
alguns micro segundos a muitos milhares de anos.
Por exemplo, a meia-vida do Césio 137 (Cs 137) é de 30 anos, significa
isto que ao fim de 30 anos ½ dos átomos de uma fonte de Césio 137
estariam desintegrados, deixando a outra metade intacta. Ao fim de 90
anos, a fonte teria 1/8 do original:
½ x ½ x ½ = 1/8
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Por outras palavras, se uma fonte de Túlio 170 (Tm 170) cuja meia-vida é
de 130 dias, tiver 50 Curies, a sua actividade ao fim de 130 dias será de 25
Ci. Agora aqui estão as meias-vidas de alguns de vários radioisótopos
usados na radiografia:
- Rádio 226 (Ra 226) 1620 anos
- Césio 137 (Cs 137) 30 anos
- Cobalto 60 (Co 60) 5,3 anos
- Túlio 170 (Tm 170) 130 dias
- Irídio 192 (Ir 182) 75 dias
2.3 Características dos raios x e dos raios gama
Existem geralmente duas espécies de radiação usadas na radiografia:
- Raios x
- Raios gama
A radiação gama como se sabe, é um dos produtos da desintegração
nuclear. Os raios x são produzidos artificialmente num tubo electrónico
com voltagens elevadas. Excepto quando a sua origem, fontes, raios gama e
raios x são exactamente da mesma natureza de radiação.
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- Ambos pertencem à radiação electromagnética
Os raios x e os raios gama, não são pedaços de matéria ou partículas como
o são a radiação alfa e beta. Não têm nem peso nem massa, são ondas de
energia, invisíveis, não têm cheiro, e não podem ser tocadas. Por outras
palavras, os nossos sentidos não detectam os raios x e os raios gama. Os
raios x e os raios gama fazem parte daquilo a que os cientistas chamam de
espectro electromagnético. A maior parte dos membros do espectro são-nos
familiares.
Aqui está o espectro electromagnético:
Diminui Comprimento de onda Aumenta
Raios x
e raios
gama
Raios
ultravioletas
Luz Raios
infra-
vermelhos
Radar Ondas
curtas
de rádio
Ondas
longas
de rádio
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Cada ponto no espectro representa uma onda electromagnética de um
diferente comprimento de onda. Uma onda representa-se assim:
A distância entre os picos ou os cavados das ondas é o comprimento de
onda. Estas ondas variam muito em comprimento de uma lado ao outro do
espectro. Algumas ondas de rádio à direita têm um comprimento de vários
quilómetros, enquanto que os raios gama à esquerda são medidos em
Angstrons. Um Angstron é igual a 0,000 000 01 (10 biliões do centímetro).
Afirmámos anteriormente que os raios x e os raios gama não têm nem
massa nem peso, e agora acrescentámos que também não têm carga
eléctrica. Significa isto que não são influenciados por campos eléctricos e
portanto deslocam-se em linha recta. Uma outra característica dos raios x e
dos raios gama, compartilhada pelos outros membros do espectro
electromagnético, é o facto de se deslocarem à mesma velocidade (136 000
milhas por segundo), esta é a chamada velocidade da luz, que é na
realidade a velocidade de toda a radiação electromagnética.
Aqui estão dois raios x de diferentes comprimentos de onda:
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O número de ondas electromagnéticas que passam num dado ponto num
segundo, é chamado de frequência desse raio. Por vezes, dizemos ciclos
por segundo para definir frequência sendo o ciclo numa onda completa.
Fazendo uma comparação entre os comprimentos de onda, verificamos
que:
Comprimento de onda Frequência
Raio A 1 Unidade 8 C.P.S.
Raio B 2 Unidades 4 C.P.S.
Raio C 4 Unidades 2 C.P.S.
A frequência e o comprimento de onda das ondas electromagnéticas, são
inversamente proporcionais, o que significa que quando um aumenta, o
outro diminui.
Temos agora aqui representado parte do espectro magnético:
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De notar que à esquerda do espectro, os comprimentos de onda são mais
curtos e têm uma frequência maior, à direita são mais compridos e com
frequência menor.
Como se pode verificar os raios têm algo em comum, ou seja, a mesma
amplitude, ou altura.
Estas duas ondas têm diferentes comprimentos de onda e diferentes
frequências, mas têm a mesma amplitude, ou seja a mesma energia.
Mas neste caso:
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O raio de frequência elevada tem mais energia do que o raio de frequência
menor. Todas as ondas têm a mesma energia, mas num raio de frequência
maior existem mais ondas, portanto, mais energia.
Os raios x e gama de frequência elevada e de menor comprimento de onda
têm mais energia do que os raios de frequência menor e maior
comprimento de onda.
Falemos agora na medição de energia:
a energia dos raios x e raios gama são medidos em milhares de electrões-
volts (Kev), ou milhões de electrões-volts (Mev).
Um electrão-volt, é uma quantidade de energia igual à energia adquirida
por um electrão quando é acelerado por um volt. Por exemplo, se um
electrão for acelerado por um potencial de 100 mil volts (100 Kv) o
electrão terá uma energia de 100 mil electrões-volt (100 Kev). Se toda esta
energia for convertida em radiação electromagnética, o resultado seria de
um raio x de 100 Kev.
As energias dos raios x e dos raios gama, usados na radiografia, vão desde
um pequeno número de Kev e vários Mev dependendo sobretudo do tipo de
aparelho de raios x ou radioisótopo a ser utilizado.
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Qual o interesse que tem para o radiologista saber o que é a energia? É a
energia dos raios x ou raios gama que oferecem a capacidade de penetrar
objectos sólidos.
Os raios x e gama incluem uma larga faixa de energias, portanto têm uma
grande variação nas suas capacidades de penetração.
Por isso os “raios moles (baixa energia) não podem penetrar tão
profundamente como os raios duros (de energia elevada).
De notar que nem todos os raios penetram com a mesma facilidade. Mas o
que interessa aqui focar, é que a média dos raios duros penetrará a uma
maior profundidade do que a média dos raios moles.
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A energia é a chave de uma boa radiografia!
Uma penetração demasiado pequena ou demasiado grande de uma peça
resultará numa radiografia não satisfatória. Seria bom que um radiologista
tivesse à sua disposição uma grande variedade de fontes de radiação de
várias energias únicas. Poder-se-ia então escolher a energia mais adequada.
Tal radiação na qual todos os raios são do mesmo comprimento de onda, ou
energia, é chamada de monocromática. Infelizmente este tipo de radiação é
bastante raro.
Os raios x, que são produzidos em elevada kilovolt agem são uma mistura
heterogénea de um grande número de raios de várias energias. Os raios de
energia máxima n esta mistura são o resultado da voltagem aplicada ao
tubo de Rx e são identificados por esta voltagem.
Por exemplo, se fossem aplicados 50 Kv a um tubo de Rx, os raios
resultantes seriam uma mistura na qual os raios de energia mais elevada
serão os raios de 50 Kev. Mas existem grandes quantidades de raios x de
energias inferiores.
Os raios gama produzidos por um isótopo radioactivo não são uma mistura
de energias tão acentuada como nos raios x. De facto, em alguns casos são
mesmo monocromáticos.
Por exemplo, o Co 60 emite sempre dois raios gama duros. Um deles tem
uma energia equivalente ao raio mais duro que seria produzido por 1,33
Mev, portanto um aparelho de 1330 Kv. O outro raio equivalente ao raio
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mais duro que seria produzido por um aparelho de raio x de 1,17 Mev
(1170 Kv).
O Co 60 emite sempre raios gama de 1,17 e 1,33 Mev. O radiologista não
pode controlar esses raios. As suas energias são sempre as mesmas. O que
aconteceria se o tamanho de uma fonte de Co 60 de uma dada actividade
específica fosse duplicada?
Concerteza que a actividade da fonte duplicaria, mas a energia manter-se-ia
na mesma.
Recordemos que:
Actividade: é uma medida do número de desintegrações por segundo e
varia com o tamanho do isótopo. É medida em Curies!
Energia: é uma medida da capacidade de penetração dos raios individuais e
é independente do tamanho da fonte. Mede-se em Kev, ou em Mev.
2.4 Interacção com a matéria – absorção e dispersão
27
Neste ponto aprenderemos algo acerca do efeito de radiação x e gama na
matéria, e inversamente o efeito da matéria na radiação x e gama.
De todos os assuntos estudados até aqui, talvez este seja o mais importante.
Já foi dito que os raios x e gama penetram em toda a matéria e que a
profundidade de penetração depende fundamentalmente da energia dos
raios.
Consideremos um outro factor que determina a profundidade de
penetração:
- O material a ser penetrado. (Para facilitar o estudo, falaremos apenas em
raios x, mas as mesmas ideias servem para os raios game).
O ar á nossa volta é matéria. Os raios x penetram o ar a uma considerável
profundidade, como qualquer outro material, o ar absorve também os raios
x. Consideremos um metal leve o Alumínio. Os raios penetrarão
igualmente no Alumínio, mas a uma profundidade muito mais pequena que
no ar.
E no aço os raios x penetrarão a uma profundidade ainda mais pequena que
no alumínio. Por outras palavras, quanto mais densos ou mais pesados os
materiais, maior a resistência à penetração dos raios x.
Os átomos com um grande número Z têm mais electrões do que os átomos
com um pequeno numero
28
Mas o que acontece aos raios quando penetram nos materiais? Sabe-se que
alguns deles vão mais longe que outros, mas todos eles têm que parar em
algum lado. Os raios x ou fotões, são pequenas parcelas de energia
deslocando-se à velocidade da luz, e quando os fotões param, algo deve ter
acontecido.
A energia dos fotões não desaparece, tem de se transformar em algo. Esta é
uma das leis da natureza. A energia nunca se cria nem se destroi. Pode ser
convertida em variadíssimas formas mas a energia mantém-se.
Os raios x ao serem absorvidos pelos materiais, fazem-no por um processo
conhecido por “ionização”.
Os raios x criam “iões" nos materiais ao atravessá-los e a sua energia é
absorvida durante o processo.
Fundamentalmente, um ião é um átomo ou grupo de átomos ou partículas
atómicas carregadas que com sinal positivo quer com sinal negativo.
Se removêssemos um electrão a um átomo estável esse átomo incompleto
seria um "ião" positivo.
29
Ao remover-se um electrão do átomo, este torna-se electricamente
incompleto. Existem mais protões (cargas positivas) no núcleo do que
electrões (cargas negativas) para equilibrá-lo. O átomo tem mais uma carga
positiva, portanto é um ião positivo.
De forma inversa, o electrão que foi removido é um ião negativo e este não
se combina com outro átomo.
Um átomo mantém-se unido através de energia. Isto significa que cada
electrão mantém-se em orbita por uma certa quantidade de energia de
ligação. E para se desalojar um electrão do seu átomo é necessário uma
energia que no mínimo é igual á energia de ligação.
Um raio x ao "colidir" com um electrão no material penetrado, transfere
alguma ou toda a energia para o electrão e este é expulso do átomo.
Diz-se "colidir" porque esta é uma das causas de que falámos
anteriormente, na qual os raios x actuam como partículas. Dever-se-ia dizer
que um fotão colide com um electrão.
30
Os fotões são absorvidos por substâncias e penetram-nas através do
processo de expulsar os electrões dos átomos. Isto é, a ionização ou a
criação de iões pares .
Um ião par consiste em dois iões, um negativo e outro positivo, que são o
resultado de uma acção ionizante.
Existem outras formas além da ionização, na qual os fotões são absorvidos,
mas envolvem energias dos fotões fora dos limites que o radiologista
conhece.
A ionização dos átomos por raios x toma lugar de duas maneiras diferentes
-EFEITO FOTOELÉCTRICO E EFEITO COMPTON .
Iremos estudar em primeiro lugar o EFEITO FOTOELÉCTRICO.
Este efeito ocorre fundamentalmente com fotões de raios de baixa energia
da ordem dos 10 Kev a 500 Kev.
Envolve a absorção total do fotão durante o processo em que o electrão é
expulso da sua órbita.
Observemos um exemplo do efeito fotoeléctrico. Um fotão de 100 Kev
aproxima-se de um átomo colide com um electrão que tem uma força de
ligação de 50 Kev.
31
O electrão é ejectado do átomo e torna-se um ião negativo. 0 átomo do qual
o electrão foi removido é agora um ião positivo. Os dois iões são um ião
par. 0 fotão desaparece e é completamente absorvido.
Mas o que acontece ao resto da energia do fotão? Os restantes 50 Kev?
0 excesso de energia é dado ao electrão ejectado na forma de energia
cinética ou velocidade. No nosso exemplo, o electrão ejectado terá uma
energia cinética de 50 Kev o que significa que se deslocará a uma grande
velocidade.
Toda a energia do fotão foi gasta e deixa de existir.
Aqui está mais um exemplo do efeito fotoeléctrico.
De novo toda a energia do fotão foi usada na produção de um ião par. Nem
todos os electrões têm a mesma energia de ligação. Ela depende do
elemento (número Z) e da posição do electrão no átomo. quanto mais perto
estiver o electrão do núcleo, maior será a energia de ligação, portanto maior
a energia que será requerida para os separar.
Consideremos agora o EFEITO COMPTON (ou dispersão como é
algumas vezes chamado).
32
O Efeito Compton é um prolongamento do Efeito Fotoeléctrico, sendo a
diferença o facto de as energias iniciais dos fotões serem geralmente mais
elevadas. Se utilizarmos energias de fotões mais elevadas, nem toda a
energia é utilizada na remoção e aceleração de um electrão.
O FEITO COMPTON é comum quando os fotões trazem energias de 50
Kev a vários MEV. De notar que esta gama de energia~sobrepõe a gama de
energia do Efeito Fotoeléctrico. Em fotões de baixa energia, o efeito
fotoeléctrico é dominante, mas torna-se mais raro quando a energia do
fotão aumenta. O Efeito Compton vai-se formando nos níveis de baixa
energia e torna-se dominante a partir dos 100-150 kev.
No Efeito Compton, repetimos, nem toda a energia é absorvida pelo
electrão. Quando o electrão se ejecta, existe ainda alguma energia, energia
não utilizada.
33
Este excesso de energia toma a forma de um novo fotão que tem um
comprimento de onda maior do que o original e desloca-se num novo
trajecto.
~
Porque é que o novo fotão tem um comprimento de onda maior que o
original? Como tem menos energia, terá que ter um comprimento de onda
maior, o novo fotão disperso.
No exemplo anterior, o fotão penetrante tem uma energia de 450 Kev. Este
remove um electrão que tem uma energia de ligação de 12 Kev e dá lugar a
um ião negativo de 80 Kev. 0 fotão disperso toma um novo trajecto
diferente do fotão original e tem uma energia igual a :450 Kev-12 Kev-80
Kev=358 Kev.
34
Uma parte da energia do fotão original foi absorvida pelo material
penetrado através do processo da ionização.
0 fotão disperso de energia reduzida interactuará com a matéria e será
absorvido exactamente da mesma maneira de igual modo que actua um
fotão original de um feixe de raios x. De facto, o fotão disperso poderá
deslocar-se através de vários Efeitos Compton antes da energia ser
completamente absorvida.
-
De notar que a colisão entre o fotão e o electrão não é "um jogo de
bilhar". O ângulo (mudança de direcção) no qual se deslocam os novos
fotões está muito bem definido.
Assim, a partir do diagrama podemos verificar que quanto maior for a
energia do fotão, mais pequena será a mudança de direcção do novo
fotão.
Os fotões de energia elevada, após a colisão do Efeito Compton, tomam
um trajecto que não difere muito do trajecto original, mas nunca é
igual. Por outras palavras, os fotões de energia muito elevada não se
dispersam muito.
35
Os fotões de baixa energia após a colisão do Efeito Compton tomarão um
trajecto bastante diferente do original, ou seja, são muito mais dispersos.
Eis um exemplo de vários fotões quando penetram numa substância e são
absorvidos numa série de interacções de Efeito Compton e numa acção
final do Efeito Fotoeléctrico.
Que nome se poderia dar aos fotões que resultam do Efeito Compton?
Poderíamos chamar-lhes "radiação secundária" ou dispersa Compton.
Dispersão Compton é um nome mais preciso para este tipo particular de
radiação electromagnética, já que radiação secundária inclui outros tipos de
radiação que resultam de uma acção de feixe original, isto é, os electrões
que são ejectados durante o efeito fotoeléctrico ou Efeito Compton.
Existe ainda um outro termo muito usado -RADIAÇÃO DISPERSA- Este
termo tem um significado muito amplo, para o radiologista é qualquer
radiação indesejável indiferentemente do tipo de fonte.
Aqui está um ciclo possível de fotões de dispersão Compton que tiveram
como origem um fotão de energia elevada.
(Ver figura da página seguinte)
36
Uma conclusão que se pode tirar deste exemplo é o facto de a energia do
fotão ser mais facilmente absorvida nos materiais mais pesados (mais
densos).
Cada fotão de raio X que é absorvido resulta no mínimo, em mais um fotão
provavelmente muitos mais electrões são expulsos dos átomos. A energia
cinética, (energia do movimento) de cada um destes electrões pode também
ser absorvida de alguma maneira.
As energias dos electrões podem ser absorvidas de várias formas. Uma das
mais comuns é a criação de mais iões pares. Um electrão de velocidade
elevada colide com um electrão num outro átomo e expulsa-o da sua
órbitra. A energia do primeiro electrão está agora reduzida, compartilhou-a
com o segundo electrão. Um ou ambos os electrões podem repetir o
processo até que muito pouca energia se mantenha em qualquer dos
electrões.
Estes electrões de baixa energia (iões negativos) reagirão eventualmente
com átomos, pelo que este fenómeno é conhecido como "sub-ionização".
37
Por outras palavras, os átomos não são ionizados. Aos electrões orbitais é
acrescentada um pouco mais de energia, que eventualmente emitirão uma
forma de radiação electromagnética de baixa energia, a que poderíamos
chamar de raios ultravioletas, luz e calor. Basta consultar o espectro
electromagnético, onde se verifica que quando o comprimento de onda
aumenta (a energia diminui) deixamo-nos de situar na banda dos raios x e
gama para nos deslocarmos para a luz ultravioleta, luz, etc.
Os efeitos do calor e luz durante a absorção não são absorvidos pelo
radiologista, a não ser com um equipamento laboratorial bastante sensível.
Uma segunda forma na qual a energia do electrão é absorvida, é um
processo conhecido como "BREMSSTRAHLUNG”. É uma palavra alemã
que significa "raios de prazer”. O BREMSSTRAHLUNG é um fenómeno
muito importante na radiografia. Ocorre quando os raios são gerados num
tubo de raios x.
Mas o que acontece neste fenómeno? O electrão a uma velocidade elevada
vai afrouxando ou pára mesmo na presença de um campo de força positiva
de um núcleo atómico. O electrão de 400 Kev, desloca-se rapidamente,
aproximando-se do núcleo, aqui interactua com o campo de força do núcleo
e reduz a sua velocidade, portanto com menos energia, no caso
exemplificado ele perde metade da sua energia e torna-se num electrão de
200 Kev.
38
A energia absorvida no campo de força nuclear é agora um excesso que o
átomo irradia imediatamente como um raio x de energia equivalente.
Se o electrão parasse completamente, o que pode ocorrer com núcleos
bastante densos, o raio x irradiado teria uma energia igual ao total de
energia cinética do electrão.
Como resultado do BREMSSTRAHLUNG, temos um outro raio x.
39
Agora a grande diferença é o facto que a energia do raio x original ficou
repartido em várias radiações secundárias de energias mais baixas.
Os novos raios x e o electrão reagirão de novo de forma idêntica, para
produzirem mais electrões de mais raios x de energias mais baixas até que
finalmente teremos apenas uma radiação electromagnética de longo
comprimento de onda (baixa energia) e uma excitação molecular (calor)
que excede ou caí fora do raio x.
Toda esta matéria é um pouco complicada, contudo, a menos que não seja
controlada, a radiação secundária pode tornar quase impossível a obtenção
de uma radiografia satisfatória.
No volume 4 serão discutidos os métodos de controlo e a consequência do
não controlo da radiação dispersa.
Mas agora, vamos considerar um outro aspecto do processo dos raios x.
(Camada de meio valor).
Recordemos para já que:
1º Os fotões de energia elevada têm maior poder de penetração que os
fotões de baixa energia. Todos os fotões, ainda que da mesma energia, não
penetrarão um dado material à mesma profundidade.
2º A penetração depende também da densidade (peso) do material a ser
penetrado. Quanto maior o número Z (mais denso) menor a penetração.
Posto isto, a absorção da energia de um feixe primário de raios x ou raios
gama, começa logo que o feixe entra num material.
Este processo de absorção é progressivo e quando o feixe penetra cada vez
mais profundo, energia adicional é absorvida através dos efeitos
Fotoeléctrico e Compton.
40
Algures abaixo da superfície, existe um nível no qual a intensidade
(número de raios) da radiação é metade da intensidade à superfície.
Esta profundidade é a CAMADA DE MEIO VALOR (C.M.V.) para aquele
feixe naquele material.
Se usássemos um feixe composto de fotões de energia mais elevada no
mesmo material, a C.M.V. localizar-se-ia a uma profundidade maior,
devido ao aumento do poder de penetração.
Aqui está um exemplo: (material=Alumínio)
41
As camadas de meio valor, mostradas na página anterior para Ir192 e Co 60
no alumínio, são sempre as mesmas. Nunca variam porque a energia dos
fotões do Ir 192 e do Co 60 nunca variam.
Tenha em mente, o facto de não ter importância que a intensidade (número
de raios) do feixe original seja diferente, metade dos raios serão sempre
absorvidos à mesma profundidade se a energia dos raios e os materiais
forem os mesmos.
Se mudássemos de material, por exemplo de alumínio para chumbo, a
camada de meio valor ficaria localizada a uma profundidade inferior.
A camada de meio valor para o Ir 192 no chumbo é 0,2", o que é
consideravelmente inferior à do alumínio que é de 1,9". A C.M.V. para o
Co 60 no chumbo é de 0,5" e para o alumínio é de 2,9".
Agora outra questão: Qual será a fracção da intensidade da radiação
original
a uma profundidade de duas camadas de meio valor?
-Concerteza que será de 1/4. (1/2xl/2=1/4).
Este conceito é idêntico ao da meia vida dos isótopos radioactivos.
A C.M.V. é uma matéria muito importante a ter em consideração nas
questões sobre segurança.
2.5 RADIAÇÃO DE NEUTROES, ALFA E BETA
Até aqui o nosso estudo tem-se baseado na radiação na forma de ondas
electromagnéticas -raios x ou gama. Neste capítulo abordaremos agora a
"Radiação Particularizada", radiação composta por partículas focando a sua
42
origem e algumas das suas características. Observaremos igualmente a
causa dessas características.
Este tipo de radiação não oferece grande perigo ao radiologista.
A radiação particularizada não tem qualquer utilidade na radiografia.
Contudo, devemos ter um conhecimento do assunto, dado a maior parte das
fontes de radiação gama serem também fontes de radiação particularizada.
Os tipos de radiação particularizada que possam ter interesse para o
radiologista são a radiação de neutrões, de alfa e de beta. Estas partículas já
foram estudadas no capítulo 2, mas iremos agora estudá-las um pouco mais
profundamente.
A radiação particularizada difere da radiação electromagnética em alguns
pontos.
Aqui está uma breve comparação:
Por outro lado, a radiação electromagnética e a particularizada são idênticas
no que se refere:
Aqui está uma partícula alfa. Como já se disse, é um dos produtos da
desintegração radioactiva nalguns isótopos radioactivos.
43
Uma partícula alfa contém 2 neutrões e 2 protões e coincide com um átomo
de hélio sem os seus electrões.
Esta é uma partícula relativamente pesada. O seu peso é 7000 vezes maior
que uma partícula beta ou um electrão.
Tem também uma carga eléctrica positiva de 2, indicada pelo número de
protões (2).
Dado o seu peso, carga e ligeira velocidade, tem um efeito considerável nos
materiais que penetra. Atinge e passa pelos electrões dos átomos.
A capacidade de ionização da radiação alfa é bastante elevada.
A partícula alfa sendo relativamente pesada e tendo uma carga duplamente
positiva, exerce uma forte atracção nos electrões (que são negativos e
muito leves).
A partícula alfa, não tem necessidade de atingir um electrão directamente,
para desalojar o átomo.
44
Na realidade, a partícula alfa ao passar nas proximidades do electrão, é
suficiente para que o electrão abandone o átomo.
E, quando um electrão é removido de um átomo em equilíbrio, forma-se
um ião par -1, ião negativo e 1, ião positivo.
Concerteza que esta partícula gasta energia para remover um electrão do
seu átomo. De cada vez que um electrão é desalojado, a partícula alfa perde
alguma da sua energia cinética ou velocidade.
Considerando então o facto de as partículas alfa criarem grandes
quantidades de iões quando penetram na matéria, elas reagem tão fácil
mente que gastam toda a sua energia rapidamente e param numa distância
relativamente curta.
De facto, a partícula alfa desloca-se numa distância muito curta, mesmo no
ar, por isso não são um perigo real para o radiologista. Uma simples folha
de papel absorvê-la-á totalmente.
Falemos agora sobre as fontes de partículas alfa.
O equipamento de raios x não gera radiação alfa. Também os isótopos
radioactivos mais utilizados na radiografia tal como o Ir-192 e o Co-60, o
45
Ce-137 e o Tm 170 não emitem partículas alfa nos seus processos de
desintegração. Apenas o Ra-226 emite radiação alfa.
Mas, sempre que se utiliza o rádio 226 temos de ter em conta que a pilha
radioactiva está dentro de uma cápsula de metal, o que significa que todas
as partículas alfa serão absorvidas antes de atravessarem a cápsula.
As partículas beta são também um produto da desintegração radioactiva de
alguns isótopos radioactivos.
Aqui está uma representação de uma partícula beta:
Parece familiar não? Certo, realmente é um electrão de velocidade
elevadíssima mas, quando resulta de uma desintegração radioactiva,
chama-se uma partícula Beta.
Se bem recorda, um electrão é muito leve, em comparação com um protão
ou um neutrão, ou com uma partícula alfa e transporta uma carga negativa
de -1.
A partícula beta desloca-se a uma velocidade muito mais elevada do que
Uma partícula alfa da mesma energia, devido ao seu reduzido peso.
46
Com tudo o que se acabou de dizer pode-se concluir que as partículas beta
não ionizam os materiais tão facilmente como as partículas alfa.
As partículas beta ionizam os materiais à passagem muito próxima ou por
colisão directa com os electrões nos átomos, as partículas alfa ionizam só à
passagem na proximidade dos electrões atómicos.
Numa primeira conclusão poderíamos dizer que as partículas beta têm
menos interesse que as partículas alfa, para o radiologista. Contudo observe
os seguintes factos:
Devido ao seu reduzidíssimo peso, as partículas beta são muito mais
rápidas do que as partículas alfa.
As partículas beta não perdem a sua energia tão facilmente na ionização da
matéria.
Então considerando estes factos, pode-se dizer que as partículas beta são
muito mais penetrantes que as partículas alfa, logo este tipo de partículas
interessa ao radiologista.
As partículas alfa, se pudessem atravessar a cápsula que encerra o rádio,
seriam obstruídas por uma polegada de ar, ou por uma camada de pele do
nosso corpo ou por uma fina camada de outro qualquer material.
A ionização dentro destas distâncias tão curtas seria bastante densa, mas
estaria confinada com tal espaço limitado que não seria prejudicial à saúde
ou à qualidade da radiografia.
47
As partículas beta, por outro lado, não ionizam a matéria tão facilmente,
mas, penetram muito mais. Isto faz com que estas partículas sejam um
problema devido à sua influência que é sentida a uma profundidade maior.
Eis aqui uma outra razão que faz com que as partículas beta tenham
interesse para o radiologista:
Recorda-se deste diagrama?
Este é o fenómeno BREMSTRAHLUNG, a criação de um raio X devido ao
efeito de desaceleração ou paragem de um núcleo atómico num electrão de
energia elevada (velocidade grande).
Mas o que é que este fenómeno tem a ver com as partículas beta?
Dado que as partículas beta (electrão de velocidade elevada) podem gerar
raios X através da passagem na matéria, isto significa que o radiologista
está perante uma outra fonte de radiação dispersa ou secundária.
Na prática, contudo, o problema não é tão grande como aparenta, porque
apenas uma pequena percentagem de partículas beta entram na reacção
BREMSSTRAHLUNG.
48
Quanto às fontes de partículas beta, pode-se dizer que todos os isótopos
radioactivos usados na indústria emitem partículas beta juntamente com a
radiação gama.
A excepção é o Tm l70, no qual as partículas beta reagem com os átomos
na própria fonte, antes das partículas abandonarem a pilha. Por outras
palavras, a pilha actua tanto como fonte, como alvo de partículas beta.
Existe ainda um outro tipo de radiação particularizada que deve ser
mencionada antes de acabarmos o capítulo. É a radiação de neutrões.
Nenhuma das fontes de raios X ou raios gama utilizados na radiografia
emite radiação de neutrões. No entanto, devido à forma peculiar das
qualidades de penetração dos neutrões, tornam-na bastante útil.
Este tipo de radiação penetra facilmente os elementos muito densos e são
absorvidos rapidamente por alguns dos elementos mais leves,
particularmente o Hidrogénio.
Esta característica é precisamente contrária nos raios X e gama, e forma a
radiação de neutrões imprescindível em algumas aplicações onde a
radiografia por raios X e gama falham.
É inevitável que num futuro já bastante próximo, a radiografia por neutrões
venha substituir a radiografia por raios X e gama.
49
SELF-TESTE -l
1º-Diga quais são as três partículas básicas que constituem um átomo e
mencione a sua carga eléctrica (positiva, negativa, neutra).
____________________________________________________________
____________________________________________________________
____________________________________________________________
____________________________________________________________
____________________________________________________________
____________________________________________________________
______________________________
2º-O número atómico (Z) baseia-se no número de_________ no átomo.
3º-Um elemento identifica-se pelo número de___________ no núcleo dos
seus átomos.
4º-O número de massa (A) baseia-se na combinação dos números
de________________e de __________________no núcleo de um átomo.
5º-O neutrão pode-se considerar uma combinação de um e de
um_________________e de um________________.
6º-Os elementos pesados têm um número z ___________________
7º-0s isótopos do mesmo elemento, variam no número de____________nos
seus núcleos.
50
8º-0s isótopos do mesmo elemento têm o mesmo número
de_______________ nos seus núcleos.
9º-Um isótopo estável pode tornar-se radioactivo expondo-o a uma grande
concentração de ___________(neutrões, protões, partículas alfa) num
reactor nuclear.
10º-Quase todas as fontes de raios gama utilizada na radiografia são
activadas artificialmente. Chamam-se:
a)Partículas c) isótopos
b) Rádios d) aparelhos de raios X
11º-Quais dos seguintes isótopos são geralmente usados na radiografia
Industrial? (escolha dois)
a) Irídio 192· c) Coba1to 60
b) Ósmio 188 d) Rubídio 87
12º-0 Processo inerente a um isótopo radioactivo:
a) Aquecimento c) sexo
b) Desintegração d) Curie
13º-Um isótopo radioactivo pode emitir dois tipos de radiação:
Partículas________________ ou ______________, ou raios ___________.
14º-Uma partícula alfa é uma partícula relativamente ___________(leve,
pesada)
15º-Uma partícula beta é um ______________de velocidade elevada.
51
16º-Qual dos seguintes tipos de radiação é geralmente utilizado no controle
radiográfico?
a)Partículas alfa c)Raios gama
b)Neutrões· d)Raios beta
l7º- O Curie é uma medida do número de_________ por segundo de uma
fonte radioactiva
.
l8º- A actividade de uma dada fonte radioactiva é medida em_________
19º-Um Curie de material radioactivo desintegrar-se-á à média de:
a)37 Milhões (3,7xlO7) desintegrações por segundo.
b)37 Biliões (3,7xlO1O) desintegrações por segundo.
c)37 Zilhões (3,7xlOZ) desintegrações por segundo.
20º-O "Curie" é uma medição do__________ (actividade, tamanho,
actividade específica).
21º-Uma variação no tamanho físico de uma fonte radioactiva não variará a
________ (actividade específica, actividade), mas variará a_________
(actividade específica, actividade).
22º-A actividade específica dos isótopos radioactivos é medida em:
a)Mev (milhões de electrões volts)
b)C/gr (Curies por grama)
c)R/hr (Roentgens por hora)
d)C/min (contagem por minuto)
52
23º-Quando a frequência de um raio X ou gama aumenta, a energia
__________(aumenta, diminui), e quando o comprimento de onda
aumenta, a energia______________ (aumenta, diminui).
24º-Uma maior penetração pode ser obtida a partir de radiação x ou gama
de energia__________ (elevada, reduzida).
25º-Quando o tamanho de uma fonte radioactiva aumenta, a actividade ou
número de curies aumentará, e a energia dos raios gama____________ .
(aumentará, diminuirá, manter-se-á a mesma).
26º-A energia da radiação é expressa normalmente em termos
de______________(Kev ou Mev, Curies por grama, Roentgens por hora).
27º-A quantidade de radiação X ou gama é mencionada muitas vezes
como___________da radiação.
a)Comprimento de onda
b)Energia
c)Intensidade
d)Frequência
28º-Quando o número de curies, ou actividade, de uma fonte radioactiva
aumenta a ______________da radiação gama também aumenta.
29º-O tempo necessário para que 50% dos números de átomos original de
uma fonte radioactiva, se desintegre, é chamado de_________________.
53
30º-A meia-vida do Co 60 é de 5,3 anos. Que tempo leva uma fonte de 10
Ci de Co 60 a desintegrar-se até que fique com 2,5 Ci?
31º-A radiação gama de uma fonte Co 60 tem uma energia média de 1,2
Mev
Que energia de radiação terá ao fim da sua meia vida (5,3 anos)?
32º-Uma fonte de Ir 192 tem hoje uma actividade de 20 curies. Qual será a
sua actividade ao fim de 5 meses? (a meia-vida do Ir 192 =74 dias)
33º-Qual é a diferença básica entre os raios X e os raios gama da mesma
energia?
a)Comprimento de onda
b)Frequência
c)Velocidade
d)Origem
34º-A velocidade na qual os raios X e gama se deslocam é:
a)A velocidade da luz
b)A velocidade do som
c)Varia com o comprimento de onda.
35º-Mencione ou sublinhe as afirmações que se aplicam tanto à radiação X
como à radiação gama:
É uma partícula____ Tem massa____
Ioniza a matéria____ Velocidade da luz___
É prejudicial às pessoas____ Frequência elevada___
Electromagnética ____ Longo comprimento de onda___
54
Tem cheiro_____ É visível____
36º-Um feixe de radiação que consiste de um único comprimento de onda é
conhecido como:
a)Radiação microscópica
b)Radiação monocromática
c)Radiação heterogénea
d)Radiação fluoroscópica
37º-Os raios gama do mesmo isótopo, têm sempre a mesma energia._____.
(verdadeiro, falso)
38º-Todos os raios gama têm a mesma energia.__________
39º-A radiação X é monocromática. __________
40º-Os raios X têm um comprimento de onda mais curto do que as ondas
de rádio. _________
41º-Os raios X de curto comprimento de onda são descritos normalmente
como_________ (duros, moles), enquanto que os raios X de longo
comprimento de onda são descritos como________ duros, moles).
42º-Os raios X moles têm________ (mais, menos) energia do que os raios
X duros.
43º-0 que é que determina a capacidade de penetração de um feixe de raios
X?
55
a)Kilovoltagem
b)Tempo
c)Actividade
d)Miliamperagem
44º-Quanto mais curto for o comprimento de onda dos raios X e
Gama__________ _(escolha duas).
a)Mais elevada será a sua energia
b)Mais rápido se deslocam
c)Maior será o poder de penetração
d)Mais próximo estarão das ondas de rádio.
45º-Muitas vezes, é mais conveniente pensar a radiação X ou gama como
pedaços
de energia ou______________ .
46º-A formação de partículas carregadas, umas positivas outras negativas,
pela passagem de radiação através da matéria é chamada
de_________________________
47º-Durante o processo de absorção, as duas mais importantes interacções
ionizantes entre a radiação X ou Gama e a matéria são o
efeito_______________ e o efeito______________
48º-Quando um fotão expulsa um electrão de um átomo, as duas partes,
uma negativa (electrão) e uma positiva (o átomo menos electrão) são
chamados de_____________ par.
56
49º-0S elementos__________ (pesados, leves) são mais absorventes da
radiação.
Este é o motivo pelo qual se utiliza o ___________como material de
protecção.
50º-O "Efeito fotoeléctrico" refere-se à__________________ .
a)Uma câmara eléctrica
b)Absorção completa de um fotão
c)Espectro electromagnético
5lº-A radiação dispersa tem_________ (mais, menos) energia do que a
radiação original.
52º-0S raios X que mudem de trajecto como consequência do efeito de
compton são referidos frequentemente como dispersão__________.
53º-0 "Efeito de Compton" é o mecanismo onde uma parte da radiação X é
absorvida e outra parte é___________.
54º-0s raios X ou gama de energia_________ (elevada, reduzida), não são
absorvidos tão facilmente como os raios de energia________elevada) ou
(reduzida).
55º-A espessura do material absorvente que reduza a intensidade de um
feixe de raios X ou gama a metade do seu valor original: conhecido como a
________________do material.
57
56º-As fontes radioactivas emitem muitas vezes partículas_________ou
juntamente com os raios gama.
57º-Serão as partículas alfa e beta tão penetrantes como os raios gama?
___________(sim, não)
58º-Qual é a carga eléctrica de uma partícula alfa? ______. E de uma
partícula beta? _________
59º-Os raios beta e alfa ionizam a matéria? _________(sim, não).
Fim do self-teste
58
RESPOSTAS AO SELF-TESTE
l- Protão (+), +1 Neutrão (0),neutral e Electrão(-),-l
2-Protões
3-Protões
4-Neutrões,protões
5-Protão,Electrão
6-Elevado
7-Neutrões
8-Protões
9-Neutrões
lO-c)Isótopos
ll-a)Irídio 192
c)Cobalto 60
l2-b)Desintegração
l3- Alfa ou beta, Gama
14-Pesada
l5- Electrão
l6-c) Raios gama
17- Desintegrações
l8- Curies
19-b) 37 biliões de desintegrações por segundo
20- Actividade
2l- Actividade específica
59
22-b) C/gr
23-Aumenta, diminui 24-
E1evada
25-Manter-se-á a mesma
26-Kev ou Mev
27-c Intensidade
28-Intensidade
29-Meia-vida
30-10,6 Anos
31-1,2 Mev (a energia é sempre a mesma)
32- 5 Curies
33-d) Origem
34-a) A velocidade da luz
35-Ioniza a matéria; é prejudicial às pessoas;
Electromagnética; Velocidade da luz
Frequência elevada;
36-b) Radiação monocromática
37-Verdadeiro
38-Falso
39-Falso
40-Verdadeiro
4l-Duros,Moles
42-Menos
43-a) Kilovoltagem
44-a) mais elevada será a sua energia
c)Maior será o poder de penetração
45-Fotões
46-Ionização 47-
Fotoeléctrico,Compton
60
48-Ião
49-Pesados,Chumbo
50-b) Absorção completa de um protão
5l-Menos
52-Compton
53-Dispersa
54-Elevada,reduzida
55-Camada de meio valor
56-Alfa e Beta·
57-Não
58-Partícula alfa+2/Partícula beta = l
59-Sim
61
3. CONCEITOS BÁSICOS
3.1 INTRODUÇÃOEm fins de 1895, Roentgen descobre os raios x. Esta radiação, invisível e penetrante, assume imediatamente uma grande importância na medicina, pois ela torna-se possível obter imagens do interior do corpo humano. O seu emprego na indústria inicia-se, somente, por volta de 1920 na inspecção de materiais.
Pouco depois da descoberta de Roentgen, Becquerel realiza varias experiências no convencimento (errado) que a fosforescência de certos corpos era susceptível de produzir raios x.
As suas experiências, prosseguidas depois pelo casal Curie, levam à descoberta de uma radiação espontânea emitida por determinados elementos. Esta radiação pode ser de diversos tipos, mas a que interessa em radiologia industrial é a do tipo γ (gama), cujas propriedades são análogas à radiação x. A sua utilização está condicionada até cerca de 1950, altura em que a industria nuclear começa a produzir subprodutos radioactivos a preços acessíveis. Os mais utilizados são: Césio 137; Túlio 170; Cobalto 60; Irídio 192, principalmente estes dois últimos.
A utilização da radiação x ou gama deve ser objecto de cuidados especiais pois podem causar danos aos seres vivos e os radiologistas, mais do que ninguém, devem conhecer e aplicar com rigor, as normas de segurança estabelecidas.
3.1.1 Princípio Fundamental (absorção diferencial)
A radiografia é um método de inspecção de peças por “transparência”, baseada na absorção desigual das radiações ionizantes. As radiações, ao atravessarem uma dada espessura de material, sofrem uma maior absorção que ao atravessarem uma espessura menor do mesmo material. Logo, a intensidade da radiação emergente varia em função da espessura atravessada.
O registo destas variações de intensidade, feito habitualmente em filme, fornece um meio de inspecção interna da matéria e das suas descontinuidades.
62
A imagem latente produzida no filme fornece, após processamento, um cliché (imagem negativo), onde as espessuras menores e as de material menos denso dão zonas mais escuras no filme.
3.1.2 Princípios genéricos de formação de imagem
A formação de imagem radiográfica segue as mesmas leis geométricas que regem a formação das sombras pela luz visível, dependendo a definição (nitidez) da imagem projectada no filme, das dimensões da fonte de radiação e das distancias existentes entre o objecto, a fonte de radiação e o filme.
63
3.1.2.1 Ampliação
Considere-se uma fonte pontual e que o filme não se encontra em contacto com o objecto. Neste caso, a imagem é ampliada, sendo a ampliação dada pela seguinte fórmula:
Onde: Df – Distancia fonte/filme Do – Distancia fonte/objecto df – Dimensão da imagem do – Dimensão do objecto
Daqui se pode deduzir que a dimensão da imagem será maior que a dimensão do objecto, a não ser que este, considerado de espessura desprezável, se encontre em contacto com o filme (Df=Do), ou que a fonte se encontre no infinito, caso em que o feixe de radiação será constituído por raios paralelos; nestes dois casos não haverá ampliação.
3.1.2.2 Definição da imagem – Penumbra e seus limites
Como se mostra na figura, a penumbra é devida ao facto de a fonte não ser pontual, o que implica uma perda de definição da imagem. Esta definição será tanto melhor quanto mais pequenas forem as dimensões da fonte.
Para se obter uma zona mínima de penumbra, são necessárias as seguintes condições:
- Dimensões mínimas da fonte- Distancia fonte/objecto máxima- Distancia objecto/filme mínima
64
3.1.2.3 Distorção da imagem
Duas causas possíveis de distorção da imagem estão representadas na figura. No primeiro caso, o plano do objecto não é paralelo ao plano do filme e no segundo caso, o feixe de radiação não é perpendicular ao plano do objecto.
3.1.2.4 Penumbra
A penumbra (motivada por factores geométricos) é dada pela seguinte formula:
Onde: Ug – Penumbra d – Dimensão da fonte a – Distancia defeito/filme Df – Distancia fonte/filme
65
O valor de Ug será máximo quando o defeito se encontra à distância
máxima do filme (a=e):
Pela formula verifica-se que, quanto maior for Df, menor será Ug. Contudo, para se evitarem tempos de exposição muito longos, não se deve afastar demasiado a fonte. Com efeito, o tempo de exposição aumenta com o quadrado da distância, como se verá em 1.2.5.
Para determinar o valor de Ug utiliza-se, na prática, o ábaco da figura:
66
Veja-se o seguinte exemplo:
Df = 1000 mm d = 5 mm e = 38 mm
Traçando se uma recta (a tracejado na figura) unindo d = 5mm (dimensão da fonte) e e = 38mm (espessura do objecto), ela intersectará o eixo no ponto P. Em seguida traça-se uma recta (a cheio na figura) unindo o ponto P com Df = 1000mm (distancia fonte/filme) que se prolonga até intersectar a escala Ug, o que dá, neste caso, uma penumbra igual a 0,19mm.De um modo geral, Ug deve ser inferior a 0,2 e 0,4mm, respectivamente para os raios x e raios gama.
3.1.2.5 Lei do quadrado das distânciasA intensidade da radiação por unidade de superfície de filme é inversamente proporcional ao quadrado da distância fonte/filme.
67
Com efeito, tal como mostra a figura, a uma distancia de 2Df do foco, o feixe de radiação ocupa uma superfície (a) quatro vezes maior que a distancia Df (b), donde se infere que a intensidade por unidade de superfície em (b) será ¼ da de (a).Então, se a intensidade por unidade de superfície for igual a I1 à distancia
Df, e igual a I2 à distancia 2Df, verifica-se que:
4. FONTES RADIAÇÃO IONIZANTE
Os raios x e gama são ondas electromagnéticas da mesma natureza que as ondas hertzianas, a luz visível e os raios ultravioletas, unicamente o comprimento de onda são mais pequeno e a energia mais elevada.A diferença entre os raios x e gama reside no espectro e modo como são produzidos.
4.1. Raios X
Os raios x podem ser produzidos quando electrões fortemente acelerados chocam com a matéria. Há a considerar dois casos:1 – Os electrões interagem com os electrões dos átomos2 – Os electrões interagem com os núcleos dos átomosNo segundo caso, a radiação tem um espectro contínuo, enquanto que no primeiro tem um comprimento de onda característico do átomo.
68
Para se produzirem raios x é necessário:
Uma fonte de electrõesUm dispositivo para acelerar os electrõesUm alvo que receba o impacto dos electrões
As condições a) e c) são satisfeitas pelo tubo de raios x, enquanto que b) o é pela fonte de alta tensão aplicada entre o ânodo e o cátodo.O tubo é constituído essencialmente por uma ampola de vidro, na qual se
fez um vazio da ordem de a mm Hg, e em cujo interior se
encontra um filamento (cátodo) e o ânodo contendo o alvo (anti-cátodo).
Fazendo passar uma corrente eléctrica no filamento do cátodo, a temperatura deste eleva-se e emite electrões (efeito termo iónico). A quantidade de electrões emitidos depende da temperatura a que se encontra o filamento, temperatura que pode ser regulada variando a intensidade da corrente de alimentação do filamento.
69
O feixe de electrões produzido dirige-se para o anti-cátodo, criando uma corrente eléctrica cuja intensidade se mede em miliamperes (mA). Desta intensidade depende a intensidade da radiação emitida, visto ser função do fluxo de electrões. No cátodo existe uma espécie de reflector parabólico que serve para concentrar o fluxo electrónico. O filamento (cátodo) está ligado ao pólo negativo do circuito de alta tensão.
O ânodo é constituído por um material de bom condutor de calor, geralmente cobre, no qual se encontra o alvo (anti-cátodo), que é uma placa de metal de alto ponto de fusão, de forma variável e com uma inclinação de 20◦ a 30◦, como se pode ver na figura.
O alvo está ligado ao pólo positivo de circuito de alta tensão. O tubo que se descreveu pertence ao tipo de Tubos de Coolidge, que são os mais usados em radiografia industrial.
A superfície do anti-cátodo atingida pelo fluxo electrónico é denominada foco térmico. A projecção do foco térmico numa superfície perpendicular ao eixo do feixe de radiações emitido tem o nome de foco. As dimensões do foco óptico dependem de:
1) Dimensão do foco térmico2) Valor do ângulo α
Quando se mencionam as dimensões do foco, sem mais nada especificar, trata-se das dimensões do foco óptico.
A energia cinética de um electrão que parte da superfície do cátodo com velocidade zero e é acelerado devido à diferença de potencial existente entre o ânodo e o cátodo, é igual a:
½ me v2 = eV
v – velocidade do electrão ao atingir o alvo V – diferença de potencial entre o ânodo e o cátodo
Quando um electrão com esta energia choca com o núcleo de um átomo do alvo produz um quanta de radiação, cujo comprimento de onda mínimo é igual a:
70
eV =
λ – comprimento de onda mínimo da radiação
λmin =
Substituindo-se as constantes físicas pelos seus valores, obtém-se:
λmin =
Contudo, a maior parte dos electrões emitidos pelo cátodo sofre interacções com os electrões dos átomos do alvo, perdendo parte da sua energia antes de atingir o núcleo. O quanta x produzido tem então uma energia menor que a energia do electrão original, isto é, tem um comprimento de onda maior que λmin.
4.1.1 Regulação da intensidade dos raios x
Como já se disse, a intensidade da corrente electrónica (corrente catódica) expressa-se em mA. A intensidade da radiação é aproximadamente proporcional à corrente catódica.
4.1.2 Regulação da qualidade dos raios x
A tensão no tubo, expressa em kV, determina a velocidade com que os electrões se deslocam desde o cátodo até ao ânodo, e é uma medida aproximada do poder de penetração dos raios x produzidos.A dureza ou poder de penetração dos raios x aumenta com a energia cinética dos electrões.
71
É de notar que permanecendo constante a corrente catódica (mA), um aumento de tensão no tubo (kV) dá origem a um aumento simultâneo da intensidade dos raios x.
4.2 Raios Gama (γ)
Os raios γ são emitidos espontaneamente por desintegração de núcleos de átomos radioactivos artificialmente, tanto por bombardeamento neutrónico num acelerador de partículas, como por cisão num reactor nuclear.
A desintegração do núcleo de uma substância radioactiva pode-se efectuar
por emissão de raios alfa ( ), beta (β) e gama (γ). As partículas alfa são
núcleos de hélio e, mesmo que possuam grande energia cinética, têm pequeno poder de penetração, sendo absorvidas em poucos centímetros de ar. As partículas beta são constituídas por electrões. Têm poder de penetração superior às partículas alfa, mas o seu alcance é ainda pequeno.
As radiações gama são da mesma natureza física que os raios x, sendo, em geral, os comprimentos de onda menores e característicos da substancia emissora.
72
A transformação de uma substância radioactiva é um fenómeno absolutamente independente de toda a acção exterior, isto é, não pode ser influenciado por qualquer agente físico (altas temperaturas, campo magnético ou eléctrico, etc.). A sua radioactividade não é constante, diminuindo com o tempo, de acordo com a seguinte lei exponencial:
N = N0
N – numero de átomos ao fim do tempo t N0 – número de átomos iniciais Λ – Constante radioactiva
A forma mais usual de expressar a velocidade de desintegração radioactiva é considerar a “meia vida”, entendendo-se como tal o tempo necessário para que qualquer número de átomos radioactivos inicialmente presentes se reduza a metade, ou seja, que a actividade se reduza a metade da inicial. Então:
=
=
tm = tm - meia vida
Para o rádio, Λ é igual a por segundo, ou seja, =
1/2300 por ano. Isto significa que em 2300 átomos há probabilidade de se desintegrar um por ano. A meia vida do rádio será de:
tm = anos
Existem algumas dezenas de isótopos radioactivos. No entanto, em radiografia industrial utilizam-se normalmente e apenas o cobalto 60, césio 137, o irídio 192 e o Túlio 170. Apesar de ter uma meia vida curta (74 dias) o irídio 192 é dos mais utilizados, pois consegue concentrar num pequeno volume uma grande actividade radioactiva, o que implica uma boa
73
definição de imagem radiográfica, mesmo para distâncias fonte/filme pequenas e tempos de exposição curtos.
Radioisótopo Cobalto 60 Césio 137 Irídio 192 Túlio 170Meia vida 5,26 Anos 30 Anos 74 Dias 127 Dias
Campo de aplicação preferencial (espessuras)
Aço (cm)
Ligas leves (cm)
Outros materiais (g/cm2)
5 – 15
15 – 45
40 – 120
5 – 10
15 – 30
40 – 80
1 – 7
3 – 20
8 – 50
0,25 – 1,25
0,75 – 3,75
2 – 10
4.3 Unidades
Existem duas unidades de medida de actividade radioactiva (radioactividade):
1) O Becquerel (Bq) é a actividade de uma fonte radioactiva que se desintegra à razão de uma desintegração por segundo.
2) O Curie (Ci) é a actividade de uma fonte radioactiva que se
desintegra à razão de desintegrações por segundo.
Como se verifica, o Curie é uma unidade muito maior que o Becquerel. Com efeito, a relação entre elas é:
1 Ci = Bq
Define-se actividade específica como a actividade radioactiva por unidade de massa da substância que contém os átomos radioactivos. De facto, nem todos os átomos de uma substância radioactiva são radioactivos e, portanto,
74
quanto mais for a proporção de átomos radioactivos maior será a actividade especifica.
Por exemplo, no caso de duas fontes radioactivas de igual actividade, se
uma delas tiver uma actividade especifica de Bq/g (1 Ci/g) e a
outra Bq/g (10Ci/g), a primeira terá uma massa dez vezes maior
que a segunda.
A quantidade de radiação x ou gama pode-se exprimir em unidades do sistema SI ou do sistema CGS.A unidade do sistema SI é o Coulomb por quilograma:O Coulomb por quilograma (C/kg) é a quantidade de radiação x ou gama que produz, em 1 kg de ar, um número de electrões de carga total igual a 1 Coulomb.
A unidade do sistema CGS, normalmente utilizada, é o Roentgen.
O Roentgen (R) é a quantidade de radiação x ou gama que produz em 1,293 mg de ar, um numero de electrões de carga total igual a uma unidade electrostática de carga eléctrica.A relação entre o Coulomb por quilograma e o Roentgen é a seguinte:
1 C/Kg = R
A energia dos raios x ou gama expressa-se em electrão – volt (eV). O electrão – volt corresponde à energia adquirida por um electrão quando acelerado por uma diferença de potencial de 1 volt.
4.4 Propriedades das Radiações Ionizantes
4.4.1. Absorção – Difusão
A diminuição da intensidade de radiação x ou gama ao atravessar a matéria, é devido aos seguintes fenómenos:
1) Efeito fotoeléctrico
75
2) Efeito Comptom3) Formação de pares
A predominância de um ou outro fenómeno depende da energia da radiação incidente e o material atravessado.
4.4.1.1 Efeito fotoeléctrico (quanta de 0,5 Me V ou menos)
Quando uma radiação de energia relativamente pequena atravessa a matéria, um quanta pode arrancar ao átomo um electrão orbital das camadas mais próximas do núcleo. Toda a energia do quanta é cedida ao electrão. Este é o efeito fotoeléctrico
4.4.1.2 Efeito Compton (quanta de 0,1 a 10 Me V)
Neste caso há uma interacção da quanta incidente com um electrão livre ou com um electrão orbital das camadas exteriores do átomo, havendo transferência de parte da energia para estes electrões, que são ejectados.
O quanta sofre uma mudança de direcção e perde energia na colisão. Como consequência, há difusão e diminuição da energia de radiação.
4.4.1.3 Formação de pares (quanta de 1,02 Me ou mais)
76
A formação de pares produz-se quando os quanta têm uma energia muito elevada. A energia do quanta é utilizada para formar um electrão (-) e um positrão (+), e fornecer a ambos energia cinética. O positrão, que possui a mesma massa do electrão, tem uma vida extremamente curta, desaparecendo ao colidir com um electrão. Como resultado, ambos desaparecem, dando origem a dois fotões de 0,51 Me V
4.4.2 Difusão – Emissão Secundária
Os três fenómenos atrás descritos libertam electrões em todas as direcções. Por outro lado, como os raios x são gerados por colisão de electrões com as partículas que constituem os átomos, é evidente que haverá radiação secundária. Esta não é mais do que uma pequena parte da radiação difusa. A parte principal é constituída por “quantas” de baixa energia produzidos por efeito Compton.
Quando um feixe de raios x ou gama atinge um objecto qualquer de espessura adequada, uma parte da radiação emerge sem mudança de direcção, enquanto que outra é difundida em todas as direcções. A importância deste fenómeno está relacionada com a energia da radiação incidente e com a natureza dos átomos do material atravessado pela radiação. A radiação difusa tem menor poder de penetração que a radiação incidente (radiação primária) e é absorvida preferencialmente pela emulsão fotográfica, constituindo uma verdadeira radiação parasita, que produz um véu uniforme no filme radiográfico, tirando, por consequência definição à imagem.
77
4.4.3 Absorção da radiação Monocromática
Quando uma radiação monocromática de intensidade I0 atravessa um material homogéneo, a diminuição relativa da intensidade (-Δ I) é proporcional à espessura (Δx) do material atravessado. Esta diminuição é dada pela seguinte formula:
= -μℓ Δ x ( l )
μℓ - Coeficiente de absorção linear do material I0 – Intensidade de radiação incidente
78
O coeficiente de absorção linear (μℓ) é função da massa específica do material.
O coeficiente de absorção mássico (μm) é igual ao quociente:
Onde ρ - massa especifica
Este coeficiente tem a vantagem de ser independente da massa específica do material.
O valor do coeficiente da absorção linear calcula-se pela fórmula de Bragg e Pierce:
μℓ = K λ – Comprimento de onda da radiação primária
Z – Número atómico do elemento K – Factor de proporcionalidade
Assim pode-se concluir que o valor de μℓ depende:
a) Do comprimento de onda da radiação primária. Os raios moles (raios de maior comprimento de onda) serão mais absorvidos que os raios duros.
b) Do numero atómico (Z) do elementoc) Do factor proporcionalidade (K), em função da massa específica
79
Para um dado comprimento de onda e um determinado material, o valor de μℓ é constante. Integrando a formula (1) obtém-se:
I = I0
Na sua forma logarítmica é:
ln = - μℓ x
ln = -μm ρ x
4.4.4 Absorção da radiação policromática
Neste caso, a complexidade dos fenómenos não permite calcular o valor de μℓ com suficiente aproximação. É necessário determina-lo experimentalmente.Se fizer a representação gráfica, colocando em ordenadas os logaritmos da intensidade da radiação restante e em abcissas as espessuras crescentes do material, não se obtêm uma recta, (como no caso da radiação monocromática), mas sim uma curva, cuja inclinação diminui progressivamente (devido à absorção selectiva) até um ponto chamado “ponto de homogeneidade” A partir deste ponto, o coeficiente de absorção é praticamente constante, como se a radiação fosse monocromática. A posição do ponto de homogeneidade varia com a natureza do material examinado.
É de notar que a inclinação da curva de absorção logarítmica é igual ao coeficiente de absorção linear.
80
4.4.5 Ionização
Ao atravessar a matéria os raios x e gama cedem energia aos átomos, ionizando-se de acordo com os três fenómenos atrás descritos: efeito fotoeléctrico, efeito compton e formação de pares. É provavelmente a propriedade mais importante dos raios x e gama.
Este fenómeno é o mais utilizado nos aparelhos de detecção das radiações: dosímetro de caneta, contador de câmara de ionização.
4.4.6 Efeito fotográfico
Os raios x e gama produzem uma imagem latente na emulsão fotográfica. Esta imagem é tornada visível após o processamento do filme, como se verá mais adiante.Quando um quanta x ou γ encontra uma nuvem electrónica, pode-se produzir o efeito fotoeléctrico. Os electrões livres assim obtidos vão transformar em prata os sais de prata que constituem a película radiográfica, dando origem à imagem latente.
4.4.7 Fluorescência e Fosforescência
Certas substâncias, quando submetidas a uma radiação electromagnética, têm a propriedade de emitir em todas as direcções uma radiação de comprimento de onda determinado e diferente do da radiação incidente. Esta conversão de energia processa-se de modo que a radiação
81
electromagnética recebida pela substância é convertida noutra com maior comprimento de onda.
Uma substância diz-se fluorescente quando a emissão de luz visível ou ultravioleta se produz e cessa quase simultaneamente com a radiação. Nas substâncias fosforescentes, a emissão mantém-se algum tempo após a radiação ter terminado.
5. CONTROLO DAS RADIAÇÕES
5.1 Efeitos Biológicos da radiação
À escala da célula viva, as radiações podem provocar o desregulamento das funções celulares e, em casos extremos, dá-se a transformação completa da célula. Neste caso, a reprodução celular será desordenada e aparecerá, no caso extremo, o cancro.Também podem aparecer modificações à escala celular, modificando definitivamente as características da célula, serão as modificações genéticas.Por fim, uma radiação prolongada pode provocar a morte da célula. À escala dos tecidos, os efeitos são diferentes de acordo com a sua natureza.
Na pele, pode-se observar desde o eritema (mancha vermelha) até à morte do tecido. Nos olhos, as radiações podem provocar cataratas. Na medula óssea, a radiação destrói o equilíbrio na formação de glóbulos vermelhos e brancos, podendo dar origem à leucemia.
As gónadas, muito sensíveis às radiações, podem sofrer um desequilíbrio hormonal, que pode ir até à esterilidade.
5.2 Detecção de radiações e normas de segurança
5.2.1 Sistema de detecção e instrumentos de medida
Como as radiações ionizantes são potencialmente perigosas para o corpo humano, é fundamental detectar e medir as doses de radiação recebidas individualmente por cada operador.
82
O funcionamento de todos os detectores de radiação baseia-se na perda de energia de certas partículas, num meio conveniente, e a sua distribuição pelos elementos detectores. Assim, a partir de uma única partícula que forneça energia, provoca-se a excitação de numerosos elementos. Estes podem ser átomos ionizados, electrões livres, etc.
São vários os sistemas de detecção e medição em que se baseiam os equipamentos usados normalmente pelos operadores. Cada um apresenta as suas vantagens e inconvenientes.
5.2.1.1 Dosímetro de filme
Este dosímetro é constituído por um pequeno filme montado num suporte próprio. Existem vários tipos de filmes com diferentes sensibilidades de resposta às radiações, mas tanto as radiações β como as radiações x e γ originam o escurecimento do filme. Como os filmes dão uma imagem em negativo, quanto maior for a dose de radiação recebida, maior será esse escurecimento. Comparando o filme de um determinado operador com filmes padrão, determina-se o nível de exposição às radiações que o operador sofreu.
Os suportes do filme têm geralmente janelas e filtros para diferenciar as radiações x e¤, das radiações β
Vantagens:1) Proporciona um registo permanente da exposição às radiações2) Os suportes são, em regra, suficientemente resistentes ao choque
83
3) Deixando, eventualmente, cair o dosimetro, as leituras da exposição não são efectuadas e alguns filmes são mesmo envolvidos por pequenos sacos de plástico que os protegem em ambientes húmidos.
Desvantagens:1) Os resultados do filme são efectuados por reagentes químicos e
agentes externos2) Não é possível efectuar uma leitura directa e, portanto, o operador
não detecta a sua própria exposição no momento em que recebe as radiações.
3) O filme necessita de ser processado, o que leva geralmente, alguns dias.
5.2.1.2 Dosímetro de caneta
Este dosímetro é um electroscópio portátil, tendo normalmente a forma de caneta. Contém uma câmara de ionização, o electroscópio, lentes ópticas e uma escala.O dosímetro inicialmente, está electroliticamente carregado. Sob a acção da radiação, a atmosfera da câmara ioniza-se e as armaduras descarregam-se, o que permite medir imediatamente na escala a intensidade de radiação.
84
1 – Câmara de ionização 6 – escala2 – Electrómetro 7 – janela3 – Condensador 8 – fole4 – Isolamento 9 – agulha de carga5 – Microscópio
Contudo, este tipo de dosímetro apresenta alguns inconvenientes, nomeadamente o de não constituírem um registo permanente da exposição. Se for deixado cair pode descarregar-se e, em comparação com o dosimetro de filme, não se revela tão preciso.O dosimetro de caneta e o dosimetro de filme completam-se e é por essa razão que são geralmente utilizados em conjunto.
5.2.1.3 Dosímetros Termoluminescentes
Este tipo de dosímetro utiliza a propriedade que certas substancias possuem de, sob a acção de radiação, armazenarem energia nas câmaras de electrões do átomo e, após aquecimento, libertarem essa energia sob a forma de luz visível. A quantidade de luz emitida é proporcional ao nível de exposição à radiação.
Os dosímetros termoluminescentes têm óptima resposta energética, mas o inconveniente de somente com uma leitura se destruir a informação.
5.2.1.4 Câmara de ionização
Estes aparelhos são constituídos por uma câmara contendo um gás e dois eléctrodos.A radiação que entre na câmara produz pares de iões com cargas de sinal contrário e que são atraídos pelos eléctrodos, isso origina um impulso de corrente muito pequena. Esta corrente é amplificada e pode ser medida, sendo em seguida relacionada com a dose de radiação que entrou na câmara.
São geralmente pequenos aparelhos portáteis e têm um poder de resposta bastante rápido. A leitura é, portanto, quase imediata.
85
5.2.1.5 Contador Geiger
É também constituído por uma câmara contendo um gás e dois eléctrodos, mas o modo de funcionamento é ligeiramente diferente.
Entre os dois eléctrodos aplica-se uma diferença de potencial tão grande quanto possível, mas sujeita à condição de que não passe nenhuma descarga. A ionização ocorre dentro da câmara mas, à medida que os iões são atraídos para os eléctrodos, são acelerados e, por colisão com outras moléculas, provocam o aparecimento de novos iões. Este processo de multiplicação dos pares de iões dá origem a um impulso de corrente mensurável, que, depois de amplificado, fornece a indicação do nível de radiação.São normalmente aparelhos portáteis, sendo mais eficientes para baixos níveis de radiação.
5.2.2 Dose de radiação
Quer se trate de radiação x ou gama, os seus efeitos são medidos pela quantidade de radiação absorvida pelo meio receptor.
Esta quantidade pode ser medida em Grey, (antigamente em Rad ,abreviatura de “Radiation absorved dose”).
O Gray (Gy) é a dose correspondente à absorção de 1 Joule por quilograma de matéria.
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O Rad (rd) é a dose correspondente à absorção de 100 erg por grama de matéria.
A relação entre estas duas unidades é a seguinte: 1 Gy = 100 rd
De acordo com as definições de roentgen e rad, vê-se que o roentgen se baseia na ionização do ar pela radiação x ou gama, enquanto que o rad exprime a energia absorvida pelo meio, contudo, para as energias normalmente utilizadas na radiação x ou gama, e para fins correntes de protecção contra radiações, pode-se considerar o rad equivalente ao roentgen.
Os factos provaram que os diversos tipos de radiação produzem no organismo efeitos biológicos diferentes. Assim, é necessário considerar o factor “efeito biológico relativo – EBR”, que serve para determinar os efeitos biológicos dos diferentes tipos de radiação.
Daí o aparecimento de duas outras unidades:- O Sievert (Si) é igual ao produto de 1 gray pelo factor “efeito biológico relativo”O rem igual ao produto de 1 rad pelo factor “efeito biológico relativo” era a antiga unidade.
A equivalência entre as duas unidades é a seguinte: 1 Si = 100 rem
Os valores de EBR, para diversos tipos de radiação, são os seguintes:
Radiação x e gama 1Radiação beta 1Radiação alfa 10
Para os raios x, gama e beta, verifica-se que: 1 rd = 1 rem
É conveniente conhecer e ter sempre presente as intensidades (doses de radiação recebidas por unidade de tempo) a 1 metro, com uma fonte de 1 curie, dos isótopos mais utilizados em radiografia industrial:
1 Ci de Co 60 1310 mrem/h a 1 m1 Ci de Cs 137 330 mrem/h a 1 m1 Ci de Tm 170 2,5 mrem/h a 1 m1 Ci de Ir 192 500 mrem/h a 1 m
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5.3 Princípios básicos de protecção contra radiações
A principal preocupação dos operadores deve ser a redução da exposição às radiações. Os conceitos da influência de tempo, da distância e da protecção, quando eficientemente utilizados, permitem a concretização desse objectivo.
5.3.1 Influência da duração da exposição
A dose recebida será tanto maior quanto mais prolongada for a exposição, visto que a dose é igual à intensidade multiplicada pelo tempo de exposição.
Exemplo: Em duas horas de trabalho a 1 m de uma fonte de 1 Ci de Ir 192, o operador receberá uma dose de: 2h x 500 mrem/h = 1000 mrem
5.3.2 Influência da distância
A intensidade da radiação varia de razão inversa do quadrado da distância entre o ponto e a fonte : lei do quadrado das distâncias.
Exemplo: A intensidade a 10 m de uma fonte de 5 Ci é igual a:
= => = 25 mrem/h
5.3.3 Influência de uma barreira de protecção
Sendo constante a emissão da fonte de radiação, o tempo de exposição e a distância entre a fonte e o ponto considerado, a dose recebida nesse ponto poderá ser reduzida pela introdução de uma placa de material entre a fonte e o ponto.
Este meio de protecção é dos mais importantes na prática, já que a redução do tempo e o aumento da distância nem sempre são possíveis e suficientes para reduzir as doses no ponto de interesse a valores inferiores ou iguais às doses máximas admissíveis.
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A atenuação produzida por uma barreira, depende da sua espessura, e da capacidade de absorção do material que a constitui relativamente à radiação em causa. Convém ainda notar que as pessoas protegidas do feixe primário por uma barreira, podem ser atingidas por radiação difusa.
Sob o ponto de vista prático, tem grande importância os conceitos de espessura hemi-transmissora e espessura deci-transmissora.
Espessura hemi-transmissora: espessura de um dado material que deixa passar metade da intensidade de um feixe de um dado tipo de radiação.
Espessura deci-transmissora: espessura de um dado material que deixa passar um décimo da intensidade de um feixe de um dado tipo de radiação.
A atenuação da radiação pela matéria não se produz de forma uniforme em toda a sua espessura. De facto, por um lado as radiações de maior comprimento de onda são atenuadas mais rapidamente que as de menor comprimento de onda e, por outro, certos materiais, quando sobre eles incide a radiação, produzem radiações secundárias cuja intensidade se pode adicionar à da radiação incidente.
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Raios γ
IsótopoEspessura hemi-transmissora em mm
Betão (1) Aço ChumboCo 60 100 20 13Cs 137 80 15 6Tm 170 --- 1,5 0,13Ir 192 60 12 4
(1)Betão de densidade 2,3
Raios x
TensãoEspessura deci-transmissora em mm
Betão (1) Aço Chumbo50 Kv 7 0,7 0,2
100 KV 18 1,8 0,4200 KV 28 7 0,7300 KV 31 16 2,1
(1)Betão de densidade 2,3
Conclusões: Se tiver de trabalhar próximo de uma fonte, é necessário faze-lo
rapidamente É necessário evitar o contacto directo com a fonte e, em caso de
extrema necessidade, somente utilizar pinças, telemanipulação, etc. Com efeito, a dose aumenta rapidamente a curta distancia.
É rigorosamente proibido pegar nas cápsulas das fontes activadas com as mãos.
Devem-se sempre utilizar as barreiras de protecção existentes.
5.4 Dose máxima admissível para os operadores
A comissão internacional de protecção radiológica recomenda, para os operadores, os seguintes máximos admissíveis:
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Dose acumulada até à idade ND = 5 (N – 18) rem
Em que N é a idade do operador em anos, que tem de ser sempre superior a 18, pois não se permite que menores de 18 anos trabalhem com radiações.
Pela fórmula verifica-se que o operador pode receber até 5 rem/ano. De qualquer modo, não se deve ultrapassar a dose de 3 rems em 13 semanas.
5.5 Protecção Individual
O operador tem de trazer sempre consigo, enquanto trabalhe, o dosímetro de filme colocado por fora da roupa e ao nível do peito. Este dosímetro é individual e mede as doses recebidas a nível do corpo inteiro. Não pode ser cedido a terceiros, nem servir para experiências.Além do dosímetro de filme, o operador deve utilizar outros tipos de dosimetros:
1) Dosímetros de leitura directa2) Dosímetros de alarme
O pessoal deve sempre respeitar as normas de segurança e zelar para que em todos os casos as doses recebidas sejam inferiores às máximas admissíveis.
No caso de uma radiação geral intensa, as perturbações começam por um estado de fraqueza, náuseas, vómitos, diarreias. As consequências mais graves aparecem algum tempo depois.
6. EQIPAMENTO RADIOGRAFICO
6.1 Aparelhos de Raios x
6.1.1 Tipos de tubos de raios x
Os tubos de raios x empregues em radiografia industrial são de dois tipos:
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a) Tubos bipolaresb) Tubos unipolares
6.1.1.1 Tubos bipolares
No tubo bipolar, o ânodo e o cátodo estão ligados à fonte de alta tensão. Este tipo de tubos encontra-se na maioria dos aparelhos portáteis e também em aparelhos fixos.
São normalmente isolados por gás ou óleo e concebidos para tensões de 100 a 400Kv, podendo a intensidade da corrente electrónica atingir 10 mA.Estes tubos podem produzir os seguintes tipos de feixe:
1) Feixe unidireccional2) Feixe panorâmico ou oblíquo3) Feixe panorâmico ortogonal
Existem tubos com filtros de berílio que deixam passar as radiações de maior comprimento de onda.
É por esta razão que estes tubos têm particular interesse para a radiografia de materiais de pequena massa específica.
6.1.1.2 Tubos unipolares
Estes tubos são de emprego menos frequente, usados normalmente em instalações fixas para fins especiais. Só o cátodo está ligado à fonte de alta
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tensão. O isolamento é a óleo ou a gás, sendo a refrigeração feita por água ou ar.
Existem dois tipos de tubos unipolares:
1) Com ânodo curto2) Com ânodo longo e oco
Este ultimo permite colocar o foco dos raios x no interior de objectos ocos, onde não seja possível, por demasiado pequeno, posicionar convenientemente uma película radiográfica. Neste caso, a película será colocada no exterior e a radiação far-se-á do interior para o exterior.
6.1.2 Tipos de geradores para aparelhos de raios x.
No caso de geradores de baixa e media energia, produz-se a alta tensão a partir da tensão alternada da rede e de um transformador.Até uma tensão da ordem dos 200Kv, o tubo é ligado directamente ao secundário do transformador.A variação da intensidade da radiação x em função dos comprimentos de onda, depende das características da tensão aplicada ao tubo. Se, para um mesmo valor de kV máximo, um tubo de raios x é alimentado por uma corrente de tensão constante e outro por uma corrente de tensão variável, as curvam que representam a distribuição da intensidade de radiação x em
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função do comprimento de onda são diferentes. No caso da tensão variável, há momentos de menor tensão que dão origem a radiações de maior comprimento de onda (radiações moles). Isto significa que a radiação produzida com uma tensão constante tem uma maior intensidade de radiações duras que a produzida com uma tensão variável.Os principais tipos de circuitos utilizados são os que a seguir se indicam.
6.1.2.1 Circuito auto-rectificador
Normalmente não se pode estabelecer uma corrente de electrões do ânodo para o cátodo, no tubo de raios x. Durante o meio ciclo negativo de uma corrente alternada, não há produção de radiação.
Um inconveniente deste circuito é a necessidade de se limitar a miliamperagem, já que o aquecimento exagerado do anti-cátodo pode provocar uma emissão de electrões em sentido oposto ao desejado que irá destruir o filamento do cátodo.
6.1.2.2 Circuito Villard
Dois condensadores são introduzidos neste circuito e em paralelo com o tubo liga-se uma valvula termo-iónica, cujos pólos estão invertidos em relação aos do tubo. Cada condensador durante meio ciclo é carregado através da válvula e durante o outro meio ciclo descarrega-se através do tubo, obtendo-se então uma voltagem que é a soma da diferença de potencial nos terminais do transformador e da diferença de potencial fornecida pelos condensadores, quando a corrente passa na válvula.
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6.1.2.3 Circuito GraetzNeste circuito, durante cada ciclo a corrente passa pelo tubo de raios x sempre no mesmo sentido.
6.1.2.4 Circuito Greinacher
Neste circuito, durante cada meio ciclo, está em carga alternadamente ou o condensador C1 ou o condensador C2. O tubo de raios x está montado em paralelo com os condensadores estes, por sua vez, estão montados em série.Este circuito apresenta duas vantagens:
a) Fornece uma voltagem praticamente constante aos terminais do tubo.b) Esta voltagem é dupla da fornecida pelo transformador.
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A escolha da tensão do tubo e do tipo de circuito é determinada pela qualidade da imagem radiográfica que se deseja obter, pela espessura e natureza do objecto a examinar, pelo peso e volume do equipamento e por considerações de ordem económica.
6.1.2.5 Quadro comparativo
No quadro que se segue estão indicados os equipamentos (tubos e circuitos) mais comuns, bem como a espessura máxima (em mm) das peças de aço que é possível radiografar, quando se exige uma qualidade de imagem (sensibilidade) medida com indicadores de qualidade de imagem (IQI) DIN, de 1% (ver mais adiante).
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KV mA max Foco Circuito
Espessura máxima – aço (mm)
Tipo 2* Tipo 3*Ecrãs de chumbo
140150160200300300400
5206551010
1,74
2,32,2344
Auto-rectificadorGreinacher
Auto-rectificador
Auto-rectificador
Auto-rectificadorGreinacherGreinacher
13161523455780
19252333587095
Distância fonte/filme Tempo de exposição Duração da revelação Densidade
80 cm4 min.
5 min. a 20◦ C1,5
(*) Classificação ASTM
6.1.3 Considerações gerais sobre os equipamentos de Raios X
6.1.3.1 Invólucro exterior
O tubo está encerrado num invólucro metálico, contendo um líquido ou um gás. Existe ainda a protecção em chumbo ou outro material pesado, a fim de absorver os raios x não direccionais.
6.1.3.2 Painel de controlo
Todos os comandos necessários para a utilização de um tubo de raios x estão agrupados no painel de controlo. Este é geralmente equipado com um controle remoto de alta e baixa tensão, um miliamperimetro para medição da corrente electrónica no tubo, um interruptor para a corrente de aquecimento do filamento, um quilóvoltimetro para medição da alta tensão e um dispositivo de regulação desta.
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O painel pode também ser equipado com um interruptor de relógio, um voltímetro para medir a tensão da rede e, por vezes, um relógio para medir o tempo de utilização do equipamento.
Por outro lado, algumas unidades mais simples de raios x são equipadas apenas com um sistema de regulação da alta tensão, mantendo-se fixa, por construção, a corrente electrónica, é o caso da maioria dos aparelhos portáteis. O painel de comando e todos os seus circuitos estão concebidos numa pequena caixa ligada ao tubo ou aos transformadores (de acordo com o sistema), por meio de cabos de comprimento suficiente para permitir ao operador trabalhar na zona de segurança.
6.1.4. Classificação dos equipamentos
Podem-se classificar os equipamentos de acordo com os sistemas de arrefecimento utilizados.
O arrefecimento por convecção é geralmente utilizado nos aparelhos simples e portáteis e, por esta razão, são por vezes denominados de equipamentos “monobloco” ou “tipo tanque”. Nos equipamentos “tipo tanque” usados em estaleiro, os transformadores e o tubo formam uma só unidade, que funciona como um auto-rectificador, com uma pequena corrente electrónica, normalmente igual a 5 mA.A única ligação com o painel de comando faz-se por intermédio de um cabo de baixa tensão.
O arrefecimento por circulação forçada necessita, geralmente, de equipamento adicional, que lhe tira maneabilidade, mas em contrapartida permite correntes electrónicas da ordem dos 10 mA e um melhor ritmo de trabalho.
Estes equipamentos são, por vezes, de voltagem constante (circuito Greinacher), o que permite, para a mesmo miliamperagem e quilovoltagem, uma considerável redução do tempo de exposição em comparação com o circuito Villard ou auto-rectificador, ou então, para o mesmo tempo de exposição, um aumento de espessura que pode ser examinada.
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6.2 Equipamentos de raios Gama
Os isótopos radioactivos só podem ser utilizados se tomarem certo número de precauções. Assim, são encerrados numa cápsula hermeticamente fechada à prova de choques mecânicos, corrosão, etc., e que deve absorver só uma pequena parte da radiação.
Um equipamento de raios γ é constituído essencialmente por:
a) Um isótopo radioactivo montado na respectiva cápsulab) Um contentor de armazenagem
O nível de radioactividade no exterior do contentor, quando o isótopo está recolhido e segundo normas inglesas, não deve ser superior a 20 mR/h a 5 cm de superfície do contentor ou 2 mR/h à distancia de um metro. Para isso, os contentores têm uma protecção constituída por material altamente absorvente das radiações, por exemplo, “urânio inerte”.
Nas figuras que se seguem, estão esquematizados três tipos de equipamentos de raios γ:
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Este último equipamento é o mais utilizado, visto ser fácil o posicionamento da fonte radioactiva e, como é manobrado por controlo remoto, protege mais o operador.
100
6.3. Comparação entre raios x e γ
Raios X Raios γFonte de energia A energia eléctrica
pode ser fornecida directamente da rede ou de um gerador
Não é necessária fonte de energia
Supervisão Durante a exposição o operador necessita de verificar os controlos através do painel de comando
O operador necessita unicamente de se preocupar com as condições de segurança
Peso e dimensões O equipamento é volumoso e relativamente pesado
O equipamento é relativamente leve. Uma excepção são os equipamentos de Cobalto 60, particularmente os que se destinam a examinar grandes espessuras (> 100mm)
Manuseamento O tempo de preparação do trabalho é considerável
Fácil de posicionar e transportar (excepto os grandes equipamentos de Cobalto 60)
Segurança O problema da segurança contra as radiações limita-se ao tempo de exposição
O perigo de radiações é permanente
Energia da radiação Pode ser escolhida variando a quilovoltagem
Nenhum ajustamento é possível
Foco Nenhuma diferença importante
Formato do feixe Normalmente um cone de 60◦, perpendicular à direcção longitudinal do tubo
A radiação é emitida em todas as direcções
Tempo de exposição Tempos de exposição pequenos para a gama de espessuras normais
A intensidade da radiação sendo menor obriga a tempos maiores
101
Contraste radiográfico Bom contraste se a miliamperagem e quilovoltagem forem bem escolhidas
O contraste é quase sempre inferior ao dos raios x
Custo e manutenção O custo e manutenção do equipamento são caros
O custo do equipamento é bastante menor, embora a manutenção seja cara (é necessário renovar de tempos a tempos, os isótopos)
7. CONTROLO RADIOGRAFICO
7.1 Filme
Uma película radiográfica é constituída por:
1) Uma base de acetato de celulose ou poliéster2) A base é revestida dos dois lados por:
a) Uma camada de gelatina endurecida que protege a emulsãob) Uma camada de emulsãoc) Uma camada muito fina que assegura a aderência da emulsão à
base
A película radiográfica é basicamente análoga à empregada em fotografia. A diferença essencial entre a película fotográfica normal e a radiográfica, é que nesta ultima a emulsão encontra-se dos dois lados da base. Desta forma, consegue-se reduzir o tempo de exposição e obter uma imagem radiográfica mais contrastada.A emulsão consiste numa suspensão de cristais de halogéneos de prata em gelatina. O tamanho do grão da emulsão é uma característica importante da qualidade do filme radiográfico.
102
7.1.1 Imagem Latente
Quando uma imagem luminosa (ou radiante) é projectada numa camada fotossensível, esta sofre uma transformação nas zonas que recebem uma quantidade suficiente de luz (ou de radiação).Estas transformações dão origem à formação de uma imagem (invisível), na camada fotossensível, que se designa por “imagem latente”.
7.2 Sensitometria
A sensitometria tem por objecto o estudo das propriedades fotográficas de uma película, bem como os métodos que permitem medi-las.
7.2.1 Densidade (fotográfica)
O grau de enegrecimento de uma emulsão fotográfica depois do processamento do filme (revelação e fixação) é de grande importância na radiografia industrial. O termo empregado, tanto em fotografia como em radiografia, para designar esse grau, é a densidade (fotográfica), que é por definição:
D =
em que I0 é a intensidade da luz incidente sobre a película e I t a intensidade da luz transmitida.
Uma característica importante dos filmes é a sua velocidade de enegrecimento. Quanto menor for o tempo de exposição para se obter uma dada densidade, tanto mais rápido é o filme.
7.2.2. Contraste
Quando se observa uma radiografia à transparência, normalmente utilizando um negatoscópio, a vista humana vê a imagem como variações de intensidade de luz transmitida, devido às diferentes densidades da película. Chama-se contraste (objectivo) à diferença de densidades entre duas zonas de película radiográfica.
103
Por exemplo, este contraste, C, entre duas zonas com densidades: D1 = 1,5 D2 = 3,2 éC = D2 – D1 = 3,2 – 1,5 = 1,7O contraste de que o observador se apercebe é um contraste subjectivo, já que depende do próprio observador e das condições em que se realiza a observação. Este contraste, que não se pode medir, depende de muitos factores, tais como a intensidade e a cor da iluminação, a variação de densidades, etc. O contraste subjectivo deve ser o maior possível e, por isso, a observação das películas faz-se normalmente num local escuro e com negatoscópio adequado.
7.2.3 Exposição
Designa-se por exposição a quantidade de luz (ou radiação) que actua sobre uma zona determinada da emulsão, ou seja, o produto da intensidade luminosa ou radiante pelo tempo de exposição.
7.2.4. Curvas características dos filmes
Estas curvas, também chamadas curvas sensitométricas, relacionam as exposições aplicadas a uma película radiográfica com as densidades resultantes obtidas em condições predeterminadas de revelação e fixação.
Cada curva obtém-se expondo a película de forma que nela se formem uma série de bandas correspondentes a exposições perfeitamente determinadas.
As exposições realizam-se mantendo constante a intensidade da radiação e variando o tempo, de forma a que cada zona ou banda da película, cujas características se deseja determinar, receba uma exposição de tempo dupla da anterior.
Os valores das densidades obtidas colocam-se no eixo das ordenadas e os logaritmos das exposições relativas correspondentes no eixo das abcissas.Na figura estão representadas as curvas características de quatro tipos de películas.
104
As curvas das películas tipos 1, 2, e 3 obtiveram-se colocando as películas entre ecrãs de chumbo e a do tipo 4 empregando ecrãs fluorescentes de grande definição (ver ecrãs reforçadores). As curvas não começam por uma densidade zero, porque todas as películas radiográficas apresentam uma pequena densidade inerente ou véu, que pode ser medida numa película que não tenha sido exposta às radiações e revelada em condições normais.
Este véu deve-se fundamentalmente a duas causas:1) Absorção de luz pela base da película2) Acção exercida pelos reagentes químicos utilizados nos banhos de
revelação e fixação
Em todas as curvas existe a zona A – C, denominada de zona de sub-exposição, em que se começa a verificar uma variação da densidade. Na película tipo 4, verifica-se também que, de A até B a densidade não aumenta com a exposição. Depois de C, surge a zona praticamente rectilínea, que é a zona de trabalho em radiografia industrial
105
7.2.5 Contraste do filme (gradiente)
O gradiente ou contraste do filme é dado pela expressão:
Cfilme = E2, E1 – exposições relativas
Este gradiente, num ponto determinado da curva, é dado pela inclinação da tangente à curva nesse ponto.
Na curva característica da película 2, estão desenhadas as tangentes em dois pontos, correspondentes às densidades 0,54 e 2,5 cujos gradientes são 0,8 e 5, respectivamente. Pode-se observar que estes gradientes são inferiores a 1,0 na zona de baixas densidades, enquanto que para densidades altas são superiores a 1,0.
Veja-se agora o caso de um objecto com duas espessuras diferentes e que deseja radiografar. É evidente que a intensidade da radiação emergente da peça será diferente, de acordo com a espessura atravessada. Por hipótese, considere-se que a menor espessura deixa passar 20% mais de radiação que a parte mais espessa da peça. A diferença do logaritmo de exposição relativa será de 0,08, independente dos factores que intervenham na exposição. Se a peça é radiografada de forma a obter-se uma película de
106
densidade baixa (D = 0,54), o gradiente é de 0,8, e portanto a diferença de 20% na intensidade da radiação emergente provoca uma variação da densidade de 0,06, enquanto que se a exposição se fizer na zona de maior densidade (D = 2,5), em que o gradiente é de 5,0, a diferença de 20% na intensidade de radiação provoca uma diferença de densidade de 0,40.
7.2.6. Latitude
É a diferença entre duas densidades extremas na zona prática de trabalho. Correspondem a dois valores da exposição, que, por sua vez, correspondem às duas espessuras extremas que se podem radiografar numa só película.
7.2.7. Tipos de filmes
As películas radiográficas podem constituir dois grandes grupos. Num deles incluem-se as películas preparadas para ser expostas directamente à acção da radiação x ou gama, ou para serem usadas com ecrãs reforçadores de chumbo. As películas deste grupo são designadas por “películas sem ecran”.
O outro grupo é designado por “películas com ecoa”, e é constituído pelas películas que são utilizadas com ecrãs reforçadores fluorescentes.
Classificação ASTM das películas radiográficas em função da velocidade, contraste e tamanho do grão.
Tipo Velocidade ContrasteTamanho do
grão1234
LentaMédiaAlta
Muito alta a)
Muito altoAlto
MédioMuito alto a)
Muito pequenoPequenoGrande
b)
a) Películas com ecrãs reforçadores fluorescentes. Quando estas películas são usadas com ecrãs reforçadores de chumbo, a rapidez, contraste e tamanho do grão são médios.
b) O tamanho do grão depende dos ecrãs reforçadores fluorescentes utilizados.
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As curvas características deste tipo de filmes são indicadas em 5.2.4.
A norma DIN 54111, por seu lado, classifica as películas radiográficas em três classes distintas:
ClassePoder de resolução
VelocidadeTamanho do
grãoI Elevado Reduzida Muito finoII Médio Média FinoIII Reduzido Elevada Médio
Obs: Poder de resolução pode-se considerar como a capacidade de destrinçar pormenores
7.3. Processamento dos filmes
A imagem latente só se tornará visível e permanecerá estável após um processamento químico adequado a que se submete o filme, que consiste essencialmente nas seguintes operações:
1) Revelação2) Lavagem intermédia3) Fixação4) Lavagem final5) Secagem
7.3.1 Revelação
Quando se introduz a película no banho de revelação, os cristais de halogénetos de prata que não foram impressionados pela radiação não sofrem alteração, pelo contrário, o revelador actua rapidamente sobre os cristais impressionados, reduzindo-os a prata. É esta prata que vai formar a imagem.
Na revelação são importantes os seguintes factores:
1) Natureza do revelador2) Temperatura do revelador3) Tempo de revelação
108
4) Grau de exaustão do revelador5) Agitação do revelador6) Tipo de filme que se quer revelar
A temperatura e o tempo são as variáveis mais importantes na revelação. Para um revelador frequentemente utilizado, recomenda-se, por exemplo, um tempo de revelação de 5 minutos a uma temperatura de 20 ◦ C. O gráfico indica o modo como varia o tempo de revelação com a temperatura.
Em certos climas, pode não ser possível manter a 20 ◦ C a temperatura do banho de revelação. Neste caso, será necessário reduzir o tempo de revelação de acordo com os valores indicados no gráfico. Contudo, se a temperatura é superior a 24◦ C, a emulsão tende a deslocar-se da base e dar origem a películas defeituosas.
Com fim de evitar isso, deve-se juntar ao revelador que tenha de ser utilizado a temperaturas superiores a 24◦ C, sulfato de sódio cristalizado na proporção de 105 g por litro de revelador. Neste caso, o gráfico tempo – temperatura de revelação é o da figura.
109
Convém ainda notar que os filmes devem ser agitados durante os primeiros 30 segundos, a fim de permitir o desprendimento de eventuais bolhas gasosas que, a manterem-se na superfície da película, iriam impedir uma acção uniforme do revelador.
7.3.2. Lavagem intermédia
Completada a revelação, a película deve ser escorrida durante alguns segundos sobre o tanque de revelação, para evitar uma perda excessiva de revelador. Em seguida deve ser lavada, de preferência com agua corrente e durante pelo menos um minuto, para ser retirado o excesso de revelador. É aconselhável agitar a película durante a lavagem. Em substituição da lavagem intermédia, pode-se introduzir a película num “banho de paragem”, que neutraliza a acção do revelador.
7.3.3. Fixação
Esta é a ultima etapa do tratamento químico das películas e tem por objectivo a fixação dos sais de prata impressionados, a eliminação dos sais de prata não impressionados e o endurecimento da gelatina.O tempo de duração da fixação, ao contrário do da revelação, não exerce qualquer influência sobre os característicos da película, sendo normalmente o dobro da revelação.
7.3.4. Lavagem final
Após a fixação, a emulsão está saturada de produtos químicos deste ultimo banho, o qual, a permanecerem, provocam a descoloração da imagem. Para se evitar este inconveniente, estes produtos devem ser removidos da película, o que se consegue mediante uma lavagem, de preferência em água corrente.Como regra prática, pode-se dizer que em 10 minutos se faz uma lavagem conveniente, se o caudal é suficiente para renovar a água do tanque 4 vezes por hora, para temperaturas de água não inferiores a 10◦ C.
7.3.5 Secagem
Esta operação tem maior importância do que à primeira vista se poderia supor, visto que é necessário evitar:
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a) Qualquer acção mecânica sobre a gelatina húmida, muito sensível nesta fase.
b) Que a película seja exposta a poeiras, muito difíceis de remover.
A película deve ser posta a secar naturalmente na atmosfera, ou caso se queira uma secagem mais rápida, utiliza-se uma câmara especial de secagem, na qual se cria uma corrente forçada de ar de ambos os lados da película.
7.3.6. Câmara escura e Equipamentos
Na câmara escura, como é evidente, não deve entrar luz. Por esta razão, a entrada deve ser um labirinto ou porta giratória. A entrada em labirinto é na prática melhor solução, embora exija bastante espaço.
Na câmara escura utiliza-se uma iluminação especial enquanto recorre a revelação e a fixação. Usam-se lâmpadas de luz branca inseridas em suportes próprios, nos quais se colocam os filtros, normalmente de vidro laranja ou vermelho. Os suportes são feitos de forma que não deixem passar nenhuma luz branca. É também de grande importância utilizar lâmpadas com a correcta voltagem, pois embora a luz possa ter a cor apropriada, se for muito intensa afecta a emulsão da película. A iluminação normal deve fazer-se por intermédio de um interruptor de não muito fácil acesso, para reduzir o risco de uma ligação acidental.
Na câmara escura devem-se estabelecer duas zonas: a zona seca e a zona húmida.
Na zona seca procede-se ao trabalho de abertura das cassetes que contêm os filmes e à colocação das películas nas grades. Estas grades feitas em inox, permitem uma mais fácil movimentação das partículas na câmara escura, sem serem tocadas pelos dedos do operador.
Na zona húmida, que deve ser do lado oposto a fim de evitar a possibilidade das películas serem salpicadas com produtos químicos ou água, encontram-se os recipientes com os banhos, normalmente agrupados num conjunto.
111
7.3.7. Defeitos e causas prováveis
Quando a técnica radiográfica não é aplicada com os cuidados necessários, obtém-se radiografias de baixa qualidade.
A seguir faz-se uma listagem dos defeitos mais vulgares e das suas possíveis causas:
Radiografias com densidades elevadas:
1) Exposição elevada2) Revelação prolongada ou feita a uma temperatura demasiado alta3) Revelador mal preparado ou inadequado
Radiografias com densidades baixas:
1) Exposição insuficiente
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2) Tempo de revelação insuficiente3) Revelador mal preparado ou inadequado
Radiografias com contraste excessivo:
1) Radiação pouco penetrante2) Exposição curta, compensada por uma revelação prolongada3) Revelador mal preparado ou inadequado
Radiografias com pouco contraste:
a) Densidade correcta
1) Radiação muito penetrante2) Exposição longa, compensada por uma revelação curta3) Revelador mal preparado ou inadequado4) Revelação prolongada num revelador frio
b) Densidade baixa
1) Revelação curta2) Revelador exausto3) Revelador mal preparado ou inadequado
Radiografias com falta de definição
1) Pequena distancia foco/filme2) Distância filme/objecto excessiva3) Movimentos ou vibrações da fonte ou do objecto durante a exposição4) Foco demasiado grande5) Mau contacto filme – ecran6) Excesso de radiações difusas
Radiografias com coloração amarela
1) Revelação prolongada em revelador oxidado2) Lavagem intermédia incorrecta3) Exaustão do fixador
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Radiografias com forte véu de fundo
1) Filme exposto involuntariamente à luz ou às radiações2) Forte radiação difusa3) Iluminação inadequada da câmara escura4) Filme velho ou conservado em más condições5) Revelador exausto ou inadequado6) Cassete mal fechada7) Filme exposto a temperaturas elevadas8) Exposição muito curta compensada por uma revelação
excessivamente longa
Radiografias com manchas esbranquiçadas
1) Pequenas manchas redondas de contornos perfeitamente delimitados:- O filme não foi agitado durante os 30 segundos iniciais de revelação e, portanto, as bolhas gasosas aderentes ao filme impediram que o revelador actuasse nesses locais
2) Manchas muito pequenas de contornos pouco nítidos:
- O filme teve uma lavagem intermédia insuficiente, de modo que houve um desprendimento de anidrido carbónico na emulsão, originado pela reacção dos produtos alcalinos do revelador com os produtos ácidos do fixador.
3) Gotas de banho de fixação (ou banho de paragem) que caíram no filme antes da revelação
4) Acções mecânicas sobre a película antes da exposição
5) Secagem rápida ou irregular do filme
6) Filme colado a outro ou ao recipiente durante a revelação
Radiografias reticuladas
1) Diferença excessiva de temperatura entre os banhos
114
Existe ainda outros tipos de defeitos, como, por exemplo, os originados por dedadas e descargas de electricidade estática. Esta electricidade estática acumula-se nos filmes e é originada pelo atrito, em atmosfera com pouca humidade
7.4. Ecrãs Intensificadores
A intensidade da acção fotográfica da radiação x ou gama é função da quantidade de energia absorvida pela emulsão da película. Esta quantidade é cerca de 1% para as radiações de poder de penetração médio. Esta percentagem aumenta substancialmente colocando o filme entre dois ecrãs intensificadores. Estes, sob a acção de raios x ou gama, tornam-se fluorescentes (ecoais intensificadores fluorescentes), ou emitem electrões (ecoais intensificadores de chumbo). Consegue-se, assim, um efeito fotográfico suplementar, pois a emulsão é sensível tanto à luz como aos electrões.
Para se obterem boas imagens radiográficas, a película e os ecrãs devem estar em contacto íntimo. O conjunto, película e ecrãs, é colocado dentro de uma cassete, cuja função é não deixar passar a luz.
7.4.1. Ecrãs Fluorescentes
Os ecrãs intensificadores fluorescentes são constituídos por uma cartolina com uma face recoberta por uma película de uma substância fluorescente, quase sempre o Tungstato de cálcio.A radiografia industrial utiliza principalmente dois tipos de ecrãs fluorescentes:
a) Ecrãs de grande definição (grão fino)b) Ecrãs de grande poder intensificador
A acção intensificadora destes últimos é, pelo menos, dupla da dos ecrãs de grande definição.
7.4.1.1 Acção dos ecrãs intensificadores fluorescentes
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Sob a acção da radiação x ou gama, os ecrãs emitem raios luminosos, a que a película é sensível. Este efeito é proporcional à radiação. Daí resulta uma intensificação da radiação actínica, bem como um aumento do contraste da imagem.
Factor de intensificação =
Este factor varia entre 10 e 20 para os ecrãs de grande definição e é aproximadamente igual a 100 para os ecrãs de maior poder intensificador.
7.4.1.2. Campo de aplicação
Estes ecrãs provocam uma diminuição de qualidade da imagem, tornando-a menos nítida, por isso, utilizam-se somente quando se deseja evitar uma exposição muito longa.
Os ecrãs fluorescentes são usados com películas especialmente destinadas a este fim, e não devem ser empregues, nem com radiação x muito penetrante (1000Kv), nem com radiação gama, devido à falta de nitidez da imagem fluorescente que estas radiações produzem.
7.4.2. Ecrãs de Chumbo
Estes ecrãs são constituídos por uma cartolina com uma face recoberta por uma fina camada de chumbo. A superfície metálica é polida, a fim de favorecer o intimo contacto entre o ecran e a película.
7.4.2.1. Acção dos ecrans de chumbo
1) Absorção parcial da radiação primária pelo ecran anterior
2) Maior absorção de todos os raios de maior comprimento de onda e dos raios oblíquos.
3) Sob a influência dos raios x e gama emitem radiação β (electrões) que vai sensibilizar a película. Esta radiação, tanto mais intensa quanto mais dura é a radiação, não produz véu de fundo.
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7.4.2.2. Efeitos produzidos pelos ecrans de chumbo
1) Melhor definição dos pormenores, por eliminação da radiação difusa
2) Diminuição do tempo de exposição, no caso do efeito intensificador ser maior que a diminuição devida à absorção da radiação primária pelo ecran anterior. O factor de intensificação é normalmente inferior a cinco. O efeito intensificador obtém-se somente quando se utiliza uma radiação bastante dura.
7.4.2.3. Campo de aplicação
Os ecrans de chumbo utilizam-se para se obter uma melhor definição dos pormenores e uma diminuição do tempo de exposição.
7.4.3. Ecrãs fluoro-metálicos
Além dos ecrans de chumbo e fluorescentes, existem também ecrans fluoro-metálicos, que são uma combinação de ambos, reunindo, de certo modo, as vantagens de uns e outros. Estes ecrans são constituídos por uma cartolina, uma camada de chumbo e uma película fluorescente.
7.5. Sensibilidade radiográfica
É a capacidade para indicar por uma variação apreciável e bem definida da densidade da película, uma pequena variação de espessura da peça (defeito tipo poro, por exemplo), ou uma variação localizada de absorção (defeito tipo escória, por exemplo).Para se verificar a sensibilidade de uma radiografia, utilizam-se os indicadores de qualidade de imagem (IQI).
Os indicadores podem ser constituídos por lâminas ou arames de diferentes diâmetros e devem colocar-se do lado da fonte, em contacto com o objecto que pretende radiografar. O material que é feito o IQI deve ser igual ao do objecto a examinar.
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A sensibilidade de uma radiografia pode vir expressa pelo número do arame mais fino ainda visível ou em percentagem. Se, por exemplo, o diâmetro do fio mais fino ainda perceptível na radiografia representa 5% da espessura do objecto examinado, dir-se-á que a sensibilidade é de 5%.
Os IQI’s não permitem determinar a dimensão mínima dos defeitos detectáveis, servindo unicamente como medida convencional da qualidade da técnica radiográfica empregue.Existem vários tipos de IQI, embora os mais utilizados entre nós sejam os IQI – DIN 54109 (1962)
7.5.1. IQI – DIN 54109 (1962)
Estes indicadores são constituídos por séries de arames paralelos equidistantes e de diferentes diâmetros. Estes diâmetros são decrescentes segundo uma dada progressão e a cada um corresponde um enumero. Para cada material, os arames estão agrupados em três indicadores de qualidade, respectivamente do número 1 a 7, 6 a 12 e 10 a 16.
DIN 1/7 DIN 6/12 DIN 10/16
NºDiâmetro do arame
(mm)Nº
Diâmetro do arame
(mm)Nº
Diâmetro do arame
(mm)1 3,20 6 1,00 10 0,402 2,50 7 0,80 11 0,323 2,00 8 0,63 12 0,254 1,60 9 0,50 13 0,205 1,25 10 0,40 14 0,166 1,00 11 0,32 15 0,137 0,80 12 0,25 16 0,10
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A norma DIN 54109 prevê três classes de indicadores: uma para o aço (ferro), outra para o alumínio (e ligas) e uma terceira para o cobre e zinco (e suas ligas).
A qualidade de imagem é dada pelo arame mais fino ainda visível na radiografia, desde que o indicador esteja colocado entre a fonte e o objecto a examinar, e em intimo contacto com este último. O número desse arame constitui uma medida da qualidade da imagem.
No que se refere à sensibilidade, a norma DIN 54109 classifica as radiografias em duas categorias:
Categoria 1 – radiografias de sensibilidade elevadaCategoria 2 – radiografias de sensibilidade normal
O quadro seguinte permite determinar a categoria baseando-se em:
a) Qualidade da imagem pretendidab) Espessura da peça a examinar
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CATEGORIA 1 CATEGORIA 2
Espessura (e) em (mm)
Nº do arame mais fino
visível
Espessura (e) em (mm)
Nº do arame mais fino
visível0 < e ≤ 66 < e ≤ 88 < e ≤ 1010 < e ≤ 1616 < e ≤ 2525 < e ≤ 3232 < e ≤ 4040 < e ≤ 5050 < e ≤8080 < e ≤200
16151413121110987
0 < e ≤ 66 < e ≤ 88 < e ≤ 1010 < e ≤ 1616 < e ≤ 2525 < e ≤ 3232 < e ≤ 4040 < e ≤ 6060 < e ≤8080 < e ≤150
150 < e ≤ 170170 < e ≤ 180180 < e ≤190190 < e ≤ 200
1413121110987654321
Os IQI DIN 54109 são utilizados de acordo com o quadro seguinte:
Espessura (mm) IQI
0 a 25 10 / 1615 a 25 6 / 12 ou 10 / 1625 a 60 6 / 12
> 60 1 / 7
7.5.2. IQI ASTM
São constituídos por pequenas placas metálicas (aço, alumínio, cobre, magnésio, etc.), com espessuras normalmente iguais a 2% da espessura do material a radiografar. Estas placas trazem a indicação da espessura, em milésimos de polegada, inscrita em números de chumbo, em relevo, e têm pequenos orifícios circulares de diâmetros diferentes. Estes diâmetros são
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múltiplos (1, 2, 4) da espessura da placa. A qualidade da imagem vem dada pelo orifício mais pequeno ainda visível.
7.5.3. IQI BWRA
Estes indicadores são constituídos por placas com 4 ou 5 degraus de forma quadrada de ½” de lado e espessuras crescentes. Em cada degrau existe uma série de orifícios de igual diâmetro formando um número. Este número permite conhecer a espessura do degrau (ex.: 1 = 0,01”). O número correspondente à espessura mais pequena ainda visível na radiografia determina a sensibilidade.
7.5.4. IQI AFNOR NF A04 – 304 – 1958
Estes IQI´s são constituídos por placas com degraus, em que as espessuras variam segundo uma dada progressão. Em cada degrau existem um ou dois orifícios de diâmetro igual à espessura. Os degraus de espessuras superiores ou iguais a 0,8 mm só têm um orifício e os da espessura inferior a 0,8 mm têm dois orifícios.
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Para cada radiografia determina-se:
1) O numero (a) de orifícios visíveis na radiografia
2) O numero (b) de orifícios que seriam visíveis, se o limite de visibilidade correspondesse a um orifício cujo diâmetro fosse igual ou imediatamente superior a 5 % da espessura do material radiografado.
OBS: Cada grupo de orifícios de igual diâmetro conta somente como uma unidade para a determinação de (a) e (b).O índice de visibilidade é dado pela fórmula:
N = a – b
O índice de visibilidade pode ser, por ordem decrescente de qualidade, positivo, nulo ou negativo.
7.6. Contraste e definição
As radiografias devem ter a sensibilidade suficiente que permita detectar os pequenos defeitos.
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A sensibilidade depende:- Do contraste- Da definição da imagem
O contraste depende:- Do material que constitui o objecto- Da radiação- Dos filmes utilizados- Do processamento dos filmes
A definição da imagem radiográfica, depende: - Das dimensões da fonte.
Para se obterem radiografias de boa qualidade, apresentam-se em seguida algumas regras práticas:
1) Utilizar radiações com o maior comprimento de onda que ainda permita uma penetração suficiente.
2) Afastar ao máximo a fonte de radiações, mas de modo a obterem-se tempos de exposição aceitáveis.
3) Reduzir ao máximo a difusão
4) Utilizar filmes de alto gradiente, que permitam tempos de exposição aceitáveis.
5) Utilizar criteriosamente os ecrans, principalmente os de chumbo.
6) Revelar os filmes nas condições indicadas pelos fabricantes
8. CONTROLO RADIOGRAFICO
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Uma boa radiografia deve produzir da melhor maneira as descontinuidades da matéria. Para isso, é necessário uma distorção mínima, alto contraste da imagem e boa definição com uma suficiente sensibilidade.
8.1 Considerações gerais sobre a preparação do trabalho
Antes de iniciar o trabalho radiográfico:
-deve-se escolher os filmes (com ou sem ecrã), de preferência de grão fino. -No caso dos raios x, deve-se determinar a tensão do tubo de raios x, encontrando um compromisso entre a limitação do contraste e o aumento do poder de penetração.
-O tempo de exposição pode ser reduzido aumentando a intensidade (mA)
Obs:Em alguns aparelhos de raios x, a intensidade é pré-regulada e não pode ser modificada.
Por razões económicas e devido ao aquecimento do tubo de raios x, deve-se limitar ao máximo o tempo de exposição.
No caso dos raios gama, devem-se utilizar fontes com uma actividade (Ci), que permita tempos de exposição aceitáveis. O ideal seria conseguirem-se tempos de exposição de 2 a 3 minutos.
8.1.1. Distância fonte/filme
Como a intensidade da radiação vária na razão inversa do quadrado da distância fonte/filme, o tempo de exposição reduz-se rapidamente diminuindo essa distância.A diminuição da distância fonte/filme só é possível até um determinado limite, para evitar:
a) Uma penumbra excessiva com a consequente perda de definição
b) Uma grande diferença de densidade entre a zona central e as extremidades do filme, devido às diferentes espessuras atravessadas (inclinação dos raios periféricos)
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Num trabalho de muito boa qualidade, a diferença de espessuras atravessadas não deve exceder 10%
Na prática admitem-se valores de 15% a 20%
8.1.2. Determinação da exposição
É do maior interesse possuir diagramas de exposição exactos, estabelecidos com base em experiências efectuadas nas mesmas condições da prática.
Os diagramas de exposição são feitos para:
a) Uma determinada densidadeb) Um determinado tipo de películac) Um determinado material
O diagrama depende:
1) Do tipo de aparelho de raios x ou da fonte radioactiva2) Da distancia fonte/filme3) Do material4) Do tipo de filme utilizado5) Do tipo de ecrãs intensificador6) Da densidade escolhida7) Da revelação
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8.2. Diagrama da exposição
Para se conseguir fazer um diagrama de exposição é necessário uma cunha com degraus. Deve ser feito do mesmo material para o qual se deseja estabelecer o diagrama. O aumento de espessuras de cada degrau para o seguinte é constante.
Considera-se o seguinte exemplo:
1) Aparelho - Circuito auto-rectificador - Tensões de 60 a 200 kV - Corrente catódica de 2 a 5 mA
2) Distancia foco/filme de 80 cm3) Material: Aço4) Ecrans intensificadores: nenhum5) Película: Classe 3 (ASTM)6) Densidade: 27) Revelação: 5 minutos a 20◦ C
8.2.1. Exposição
Com a corrente de 4 mA, por exemplo, e um tempo de exposição de 30 segundos (2 mA/min), tiram-se radiografias da cunha em degrau, usando as seguintes quilovoltagens: 75, 90, 105, 135, 150, 165, 180 e 195.
Em cada radiografia utiliza-se somente uma pequena banda da película. Repete-se, em seguida, esta operação com uma corrente de 5 mA e um tempo de exposição de 10 min (50 mA/min).
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8.2.2. Medição das densidades
Após a revelação, medem-se as densidades das radiografias, utilizando um densitómetro.
8.2.3. Diagramas preliminares
Nestes diagramas colocam-se as densidades obtidas em ordenadas e as espessuras correspondentes em abcissas.
Os pontos correspondentes a uma dada tensão, são unidos por uma linha. Deste modo, obtém-se um primeiro diagrama para 2 mA/min e um segundo para 50 mA/m.
8.2.4. Diagrama intermédio
A partir dos diagramas preliminares pode-se construir o diagrama de exposição, mas, para evitar qualquer erro acidental, constrói-se em primeiro lugar, para a densidade 2, um diagrama intermédio, colocando em abcissas as espessuras (em mm) e em ordenadas as tensões (em kV). Em seguida unem-se os pontos correspondentes a uma mesma série de exposições. Desta forma obtém-se o diagrama intermédio.
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8.2.5. Diagrama de exposição
Emprega-se de preferência papel milimétrico, com as ordenadas em escala logarítmica e as abcissas em escala aritmética. Coloca-se em abcissas os valores (em mm) das espessuras do material e em ordenados os valores das exposições (em mA/min). Para uma dada tensão (por exemplo 150 Kv) determina-se, empregando o diagrama intermédio, as espessuras correspondentes a 2 mA/min e 50 mA/min, ou seja, 4, 5, e 15,2 mm.
Obtém-se assim os pontos A e B. Em seguida traça-se uma recta para unir estes dois pontos. Esta recta indicará, para outras exposições à tensão de 150 Kv, a espessura do material para o qual se obtêm a densidade 2. Para outras tensões proceder-se-á da mesma forma.
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8.2.6. Utilidade dos diagramas de exposição
Os diagramas de exposição permitem poupar tempo e são uma garantia de eficácia. Com o seu uso, evita-se empirismo nos trabalhos que fujam um pouco da rotina diária. Convém não esquecer que dois aparelhos de raios x do mesmo tipo, podem ter diagramas de exposição diferentes. Por isso, é necessário verificar se o diagrama que acompanha o aparelho corresponde à realidade. Este trabalho serve, além do mais, de excelente rodagem, tendo em vista a sua posterior utilização.
8.3. Raios gama
Para os raios gama não é vulgar a utilização de diagramas de exposição. Na prática, devido à facilidade de manejo, empregam-se réguas de cálculo que permitem o cálculo de exposições com rapidez e suficiente exactidão.
8.4. Exame de películas
A densidade de imagem radiográfica deve ser:
1) Compreendida entre 1,3 e 3 para as películas com ecrans fluorescentes
2) Superior a 1,3 (normalmente entre 2 e 3) para as películas com ou sem ecrans de chumbo.
Para se poder fazer uma observação conveniente das películas radiográficas, é necessário um certo número de condições. Algumas delas são a seguir descritas.
1) Iluminação do negatoscópioA iluminação do negatoscópio deve ser regulável para se poder adaptar à densidade das películas.
2) Cor da luzA cor branca é normalmente utilizada
3) Difusão da luzA luz proveniente do negatoscópio deve ser difusa
4) Luz ambiente
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As películas devem ser examinadas em locais com pouca luz ambiente e, de preferência, na câmara escura.
Ao observar-se uma película radiográfica, é sempre necessário conhecer a espessura do material examinado e verificar se a imagem do IQI utilizado é visível de acordo com a norma respectiva.
9. TÉCNICAS RADIOGRAFICAS
9.1. Filtros
As radiações de maior comprimento de onda, são proporcionalmente mais absorvidas e são também as que provocam mais difusão, por isso, devem-se procurar eliminar utilizando filtros. O poder de filtragem diminui progressivamente desde o chumbo até ao aço, passando pelo cobre e pelo zinco.
Na curva de absorção logarítmica indicada em 2.4.4. verifica-se que um filtro do mesmo material da peça a examinar, só será util se a espessura do material for menor que a correspondente ao ponto de homogeneidade. Toda a espessura suplementar deste material, absorve a radiação sem a filtrar. O emprego de filtros de materiais mais densos, permite uma filtragem mais eficaz.
9.1.1. Posição do filtro
O filtro é colocado entre o objecto e a fonte, ou entre o objecto e a película. Neste ultimo caso, tem por objectivo essencial eliminar os raios difusos. Com o fim de reduzir, na medida do possível, os efeitos da radiação difusa, utiliza-se um diafragma (raios x) ou um colimador (raios gama)
9.1.2. Efeitos de filtragem
a. Filtro colocado entre a fonte de raios x e o objectoObtém-se uma radiação primária mais dura. Daí resulta uma diminuição do contraste e também uma diminuição da
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penumbra. A qualidade da imagem é a resultante do compromisso entre a atenuação do contraste e a eliminação da penumbra.
b. Filtro colocado entre o objecto e a películaO filtro tem por função essencial reduzir a radiação difusa provocada pelo objecto, que é proporcionalmente mais absorvida que a radiação primária.
A absorção selectiva é devida a dois factores:
1. O poder de absorção do filtro é maior para as radiações de maior comprimento de onda que para as radiações mais penetrantes.
2. Os raios difusos, ao atravessarem o filtro em diagonal, percorrem um caminho mais longo que a radiação primária e, portanto, sofrem uma maior absorção.
Observação: A diminuição do contraste é desejável quando se pretende obter numa só película a imagem radiográfica de um objecto que apresente grandes diferenças de espessura. Neste caso, ao diminuir o contraste, evita-se a sobre exposição das zonas de menor espessura e a sub-exposição das zonas mais espessas do objecto.
9.2. Radiografia de objectos que apresentam grandes diferenças de espessura
Neste caso podem-se utilizar várias técnicas:
a) Utilizar simultaneamente duas películas de velocidades diferentes. É a técnica mais prática e simples.
b) Realizar duas exposições com películas de velocidade igual. Uma exposição para a zona mais espessa e outra para a zona menos espessa.
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c) Utilizar dispositivos compensadores constituídos por um material homogéneo e absorvente, ou colocar o objecto num meio (líquido, grãos metálicos, pasta) cujo poder de absorção seja praticamente igual ao do objecto.
d) Utilizar filtros de chumbo, cobre ou estanho, por exemplo:
9.3 Difusão
A difusão diminui o contraste em virtude da penumbra uniforme que tende a criar. Por isso, é necessário eliminá-la utilizando os meios já descritos.
Existe um teste para determinar a importância da radiação retro difundida, que consiste em colocar uma letra (por exemplo B) em chumbo no filme, do lado oposto à fonte.
As dimensões desta letra podem ser aproximadamente 12mm de altura e 2mm de espessura.
Se a imagem desta letra não aparecer nos filmes, é porque a radiação rectrodifundida não é importante.
Se aparecer, será necessário utilizar, por exemplo, uma placa de chumbo de espessura conveniente, para eliminar estas radiações e impedir o aparecimento da imagem da letra no filme.
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9.4. Determinação da profundidade de um defeito
A profundidade de um defeito pode determinar-se com precisão, para isso, é necessário colocar uma marca de chumbo sobre o objecto a examinar e fazer duas exposições numa só película, colocando a fonte sucessivamente nos pontos A e B.
O tempo de cada uma das exposições deve ser aproximadamente metade do de uma exposição normal. Obtém-se assim duas radiografias sobrepostas.
Em seguida, medem-se as distâncias G1 e G2 em que G1 é a distância entre duas projecções do defeito.
Conhecida a espessura D do material, pode-se calcular o valor “d” a partir da fórmula:
d = D
10. CONTROLO DE SOLDADURAS
10.1. Preparação da superfície
A preparação das superfícies a examinar pode não ser necessária para se obterem boas radiografias, porém, se as irregularidades da superfície do cordão de soldadura dificultarem a detecção de defeitos internos, então é necessário eliminá-las, utilizando normalmente a rebarbagem. A
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rebarbagem do cordão deverá ser feita de modo a não produzir, em caso algum, o efeito do entalhe.
10.2. Identificação das radiografias
Em todas as zonas a radiografar devem ser colocadas letras ou números em chumbo para identificação das radiografias obtidas. Estas letras ou números são colocados no objecto a radiografar do lado da fonte de radiação, de forma que sejam perfeitamente visíveis na radiografia.Em cada radiografia deve aparecer o numero de ordem do trabalho, o numero de soldadura e, se possível, uma escala que tem por fim a rápida localização de defeitos na soldadura.
Ao radiografar uma soldadura na totalidade, quando são necessários vários filmes, estes devem ter uma zona de sobreposição suficiente, de modo a ter-se a certeza que não ficou nenhuma zona por examinar.
10.3 Posição fonte/filme
O posicionamento do filme e da fonte de radiação é função da forma, dimensões e acesso da junta soldada
10.4. Juntas planas
Este caso não apresenta qualquer dificuldade, pois, em geral, a junta tem acesso pelos dois lados e portanto o posicionamento da fonte e do filme é o indicado na figura.
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As soldaduras de canto podem ser consideradas como um caso particular das juntas planas. Contudo, pode ser necessário a utilização de cunhas (dispositivos compensadores) para uniformizar as espessuras atravessadas pela radiação.
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10.5. Juntas circulares
Técnica de parede simples
Em tubos ou aparelhos com um diâmetro tal que permita um fácil acesso do equipamento de radiação pelo interior, utiliza-se uma exposição panorâmica. Este tipo de exposição só se utiliza, em geral, para diâmetros iguais ou superiores a 80cm para a radiação x.
Quando o diâmetro do aparelho ou do tubo o permita, poder-se-á colocar o filme no interior e o equipamento de radiações no exterior, de forma que o eixo do feixe seja perpendicular à junta soldada.
Técnica de dupla parede
a) Tubos ou peças de diâmetro inferior a 75mm (3”). Neste caso, a disposição do filme e da fonte está indicada na figura.
São necessárias no mínimo duas exposições a 90◦ e a fonte é colocada para que o eixo do feixe de radiações fique inclinado em relação ao tubo e passe pelo centro da circunferência que contém a soldadura. A imagem obtida é uma elipse.
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b) Tubos ou peças de diâmetro igual ou superior a 75mm (3”)É o caso indicado na figura.
A técnica de dupla parede apresenta algumas limitações devidas às espessuras que têm de ser atravessadas pelas radiações, Foi estabelecido como limite prático para esta técnica, uma espessura de 40mm (1,6”) e um diâmetro exterior de 610mm (24”). Contudo, não há qualquer inconveniente em utilizar esta técnica para espessuras e diâmetros superiores aos indicados. Mas obrigará à utilização de fontes de radiação ou máquinas de raios x com actividades ou potencias muito grandes, para que os tempos de exposição não sejam muito longos, o que implica utilizar equipamentos não portáteis.
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10.6. Colocação do IQI – DIN 54109 (1962)
Os indicadores de qualidade de imagem (IQI) servem, como já se viu, para determinar a qualidade da imagem radiográfica. Em princípio, o IQI deve ser sempre colocado do lado da fonte de radiações. Só no caso em que isso não seja possível, é que será colocado do lado do filme.
A sua posição correcta é sempre numa das extremidades da película e disposto transversalmente ao cordão de soldadura. O fio mais fino deve estar do lado da extremidade da película.
10.7. Número de filmes
O número de filmes utilizados na radiografia de tubos depende do seu diâmetro e espessura, e da dimensão dos filmes. Apresenta-se a seguir uma tabela que estabelece o número e dimensões dos filmes em função do diâmetro do tubo e suas espessuras:Tabela de filmes por diâmetro e espessura do tubo
Diâmetro Nominal
Espessura Nominal
FilmesQuantidade Dimensão
1” 2,0 / 5,0 2 10 / 121 ½” 2,0 / 5,2 2 10 / 122” 2,0 / 6,3 2 10 / 12
2 ½”2,0 / 5,0 2 10 / 125,1 / 11,0 3 10 / 12
3” 2,0 / 11,0 3 10 / 124” 2,0 / 15,0 4 10 / 246” 2,0 / 18,0 4 10 / 248” 2,0 / 22,0 4 10 / 24
10”2,0 / 24,0 2
10 / 24 Ou 10 / 48
28,0 5 10 / 24
12”2,0 / 25,0 4 10 / 4830,0 / 34,0 5 10 / 48
14” / 38,0 4 10 / 4816” 2,0 /26,0 4 10 / 4820” 2,0 / 17,5 4 10 / 4824” 2,0 / 17,5 5 10 / 4828” 2,0 / 17,5 5 10 / 48
138
32” 2,0 / 17,5 6 10 / 4836” 5,1 / 17,5 8 10 / 4840” 5,1 / 17,5 9 10 / 4848” 5,1 / 17,5 10 10 / 4856” 5,1 / 17,5 12 10 / 4864” 5,1 / 17,5 13 10 / 48
11. INTERPRETAÇAO
11.1. Introdução
Não basta identificar os defeitos detectáveis no filme, é também necessário verificar se o filme foi obtido em condições que permitam o aparecimento de todos os defeitos existentes na peça. Nestas condições, qualquer exame de um filme deve ser procedido de um exame de técnica radiográfica utilizada, de modo a verificar se é a correcta.
11.2. Descrição de defeitos
Os defeitos mais frequentes nas juntas soldadas são:
Porosidade: cavidades devidas a inclusões gasosas
139
Inclusões de escória: escória ou outro material estranho aprisionado durante o processo de soldadura
Falta de fusão: defeito bidimensional devido a uma falta de ligação entre o metal base e o metal de adição
Falta de penetração: é, na realidade, uma falta de fusão na raiz da soldadura
140
Fissuras: são descontinuidades produzidas por rotura do metal
Bordos queimados: têm o aspecto de uma ranhura ou garganta na superfície da peça ao longo do bordo da soldadura
Observação:
Convém notar que a imagem de qualquer defeito no filme radiográfico, corresponde à projecção desse defeito no filme, paralelamente à direcção das radiações incidentes.
12. Critérios de aceitação
A radiografia deve ser utilizada para garantir uma qualidade da junta soldada, conseguida com uma correcta técnica de soldadura e que a experiência demonstrou ser suficiente para que, em caso algum, não entre em colapso ao ser submetida às condições de serviço.
Este é o objectivo pretendido por todos os códigos que estabelecem critérios de aceitação radiográfica.
Contudo, estes critérios são arbitrários, pois não possuem um fundo científico.
141
Na prática, as fissuras, a falta de fusão e penetração não são admissíveis em juntas soldadas de alta qualidade, por nenhum código em vigor, mas em relação à porosidade e inclusões de escória, os limites de aceitação são os mais variados.
142
1. INTRODUÇAO........................................................................................................................................2
1.1 DESCOBERTA E EVOLUÇAO DOS RAIOS X..............................................................................21.2 APLICAÇÕES E LIMITAÇÕES DA RADIOGRAFIA....................................................................3
1.2.1 Aplicação da radiografia............................................................................................................31.2.2 Vantagens da radiografia...........................................................................................................31.2.3 Limitações da radiografia...........................................................................................................4
2. ORIGEM E NATUREZA DA RADIAÇÃO.........................................................................................5
2.1 ESTRUTURA DO ÁTOMO...............................................................................................................52.2 MATERIAIS RADIOACTIVOS.................................................................................................................92.3 CARACTERÍSTICAS DOS RAIOS X E DOS RAIOS GAMA........................................................................192.4 INTERACÇÃO COM A MATÉRIA – ABSORÇÃO E DISPERSÃO................................................................272.5 RADIAÇÃO DE NEUTROES, ALFA E BETA..............................................................................42
3. CONCEITOS BÁSICOS.......................................................................................................................62
3.1 INTRODUÇÃO................................................................................................................................623.1.1 Princípio Fundamental (absorção diferencial)........................................................................623.1.2 Princípios genéricos de formação de imagem..........................................................................63
3.1.2.1 Ampliação...........................................................................................................................................643.1.2.2 Definição da imagem – Penumbra e seus limites...............................................................................643.1.2.3 Distorção da imagem..........................................................................................................................653.1.2.4 Penumbra............................................................................................................................................653.1.2.5 Lei do quadrado das distâncias...........................................................................................................67
4. FONTES RADIAÇÃO IONIZANTE..................................................................................................68
4.1. RAIOS X............................................................................................................................................684.1.1 Regulação da intensidade dos raios x.......................................................................................714.1.2 Regulação da qualidade dos raios x.........................................................................................71
4.2 RAIOS GAMA (Γ)................................................................................................................................714.3 UNIDADES..........................................................................................................................................734.4 PROPRIEDADES DAS RADIAÇÕES IONIZANTES...................................................................................75
4.4.1. Absorção – Difusão..................................................................................................................754.4.1.1 Efeito fotoeléctrico (quanta de 0,5 Me V ou menos)..........................................................................754.4.1.2 Efeito Compton (quanta de 0,1 a 10 Me V)........................................................................................754.4.1.3 Formação de pares (quanta de 1,02 Me ou mais)...............................................................................76
4.4.2 Difusão – Emissão Secundária.................................................................................................764.4.3 Absorção da radiação Monocromática....................................................................................774.4.4 Absorção da radiação policromática........................................................................................794.4.5 Ionização...................................................................................................................................804.4.6 Efeito fotográfico......................................................................................................................804.4.7 Fluorescência e Fosforescência................................................................................................80
5. CONTROLO DAS RADIAÇÕES........................................................................................................81
5.1 EFEITOS BIOLÓGICOS DA RADIAÇÃO.................................................................................................815.2 DETECÇÃO DE RADIAÇÕES E NORMAS DE SEGURANÇA.....................................................................81
5.2.1 Sistema de detecção e instrumentos de medida........................................................................815.2.1.1 Dosímetro de filme.............................................................................................................................825.2.1.2 Dosímetro de caneta...........................................................................................................................835.2.1.3 Dosímetros Termoluminescentes........................................................................................................845.2.1.4 Câmara de ionização...........................................................................................................................845.2.1.5 Contador Geiger.................................................................................................................................85
5.2.2 Dose de radiação......................................................................................................................855.3 PRINCÍPIOS BÁSICOS DE PROTECÇÃO CONTRA RADIAÇÕES...............................................................87
5.3.1 Influência da duração da exposição.........................................................................................875.3.2 Influência da distância..............................................................................................................875.3.3 Influência de uma barreira de protecção..................................................................................87
143
5.4 DOSE MÁXIMA ADMISSÍVEL PARA OS OPERADORES..........................................................................895.5 PROTECÇÃO INDIVIDUAL...................................................................................................................90
6. EQIPAMENTO RADIOGRAFICO....................................................................................................90
6.1 APARELHOS DE RAIOS X...................................................................................................................906.1.1 Tipos de tubos de raios x...........................................................................................................90
6.1.1.1 Tubos bipolares...................................................................................................................................916.1.1.2 Tubos unipolares.................................................................................................................................91
6.1.2 Tipos de geradores para aparelhos de raios x..........................................................................926.1.2.1 Circuito auto-rectificador....................................................................................................................936.1.2.2 Circuito Villard...................................................................................................................................936.1.2.3 Circuito Graetz....................................................................................................................................946.1.2.4 Circuito Greinacher............................................................................................................................946.1.2.5 Quadro comparativo...........................................................................................................................95
6.1.3 Considerações gerais sobre os equipamentos de Raios X........................................................966.1.3.1 Invólucro exterior...............................................................................................................................966.1.3.2 Painel de controlo...............................................................................................................................96
6.1.4. Classificação dos equipamentos..............................................................................................976.2 EQUIPAMENTOS DE RAIOS GAMA......................................................................................................986.3. COMPARAÇÃO ENTRE RAIOS X E Γ.................................................................................................100
7. CONTROLO RADIOGRAFICO.......................................................................................................101
7.1 FILME...............................................................................................................................................1017.1.1 Imagem Latente.......................................................................................................................102
7.2 SENSITOMETRIA..............................................................................................................................1027.2.1 Densidade (fotográfica)..........................................................................................................1027.2.2. Contraste................................................................................................................................1027.2.3 Exposição................................................................................................................................1037.2.4. Curvas características dos filmes..........................................................................................1037.2.5 Contraste do filme (gradiente)................................................................................................1057.2.6. Latitude..................................................................................................................................1067.2.7. Tipos de filmes........................................................................................................................106
7.3. PROCESSAMENTO DOS FILMES........................................................................................................1077.3.1 Revelação................................................................................................................................1077.3.2. Lavagem intermédia...............................................................................................................1097.3.3. Fixação...................................................................................................................................1097.3.4. Lavagem final.........................................................................................................................1097.3.5 Secagem...................................................................................................................................1097.3.6. Câmara escura e Equipamentos............................................................................................1107.3.7. Defeitos e causas prováveis...................................................................................................111
7.4. ECRÃS INTENSIFICADORES.............................................................................................................1147.4.1. Ecrãs Fluorescentes...............................................................................................................114
7.4.1.1 Acção dos ecrãs intensificadores fluorescentes................................................................................1147.4.1.2. Campo de aplicação.........................................................................................................................115
7.4.2. Ecrãs de Chumbo...................................................................................................................1157.4.2.1. Acção dos ecrans de chumbo...........................................................................................................1157.4.2.2. Efeitos produzidos pelos ecrans de chumbo....................................................................................1167.4.2.3. Campo de aplicação.........................................................................................................................116
7.4.3. Ecrãs fluoro-metálicos...........................................................................................................1167.5. SENSIBILIDADE RADIOGRÁFICA......................................................................................................116
7.5.1. IQI – DIN 54109 (1962).........................................................................................................1177.5.2. IQI ASTM...............................................................................................................................1197.5.3. IQI BWRA...............................................................................................................................1207.5.4. IQI AFNOR NF A04 – 304 – 1958.........................................................................................120
7.6. CONTRASTE E DEFINIÇÃO...............................................................................................................121
8. CONTROLO RADIOGRAFICO.......................................................................................................122
8.1 CONSIDERAÇÕES GERAIS SOBRE A PREPARAÇÃO DO TRABALHO....................................................1238.1.1. Distância fonte/filme..............................................................................................................1238.1.2. Determinação da exposição...................................................................................................124
8.2. DIAGRAMA DA EXPOSIÇÃO.............................................................................................................125
144
8.2.1. Exposição...............................................................................................................................1258.2.2. Medição das densidades........................................................................................................1268.2.3. Diagramas preliminares........................................................................................................1268.2.4. Diagrama intermédio.............................................................................................................1268.2.5. Diagrama de exposição..........................................................................................................1278.2.6. Utilidade dos diagramas de exposição..................................................................................128
8.3. RAIOS GAMA...................................................................................................................................1288.4. EXAME DE PELÍCULAS....................................................................................................................128
9. TÉCNICAS RADIOGRAFICAS.......................................................................................................129
9.1. FILTROS..........................................................................................................................................1299.1.1. Posição do filtro.....................................................................................................................1299.1.2. Efeitos de filtragem................................................................................................................129
9.2. RADIOGRAFIA DE OBJECTOS QUE APRESENTAM GRANDES DIFERENÇAS DE ESPESSURA................1309.3 DIFUSÃO..........................................................................................................................................1319.4. DETERMINAÇÃO DA PROFUNDIDADE DE UM DEFEITO....................................................................132
10. CONTROLO DE SOLDADURAS...................................................................................................132
10.1. PREPARAÇÃO DA SUPERFÍCIE.......................................................................................................13210.2. IDENTIFICAÇÃO DAS RADIOGRAFIAS............................................................................................13310.3 POSIÇÃO FONTE/FILME..................................................................................................................13310.4. JUNTAS PLANAS............................................................................................................................13310.5. JUNTAS CIRCULARES....................................................................................................................13510.6. COLOCAÇÃO DO IQI – DIN 54109 (1962)...................................................................................13710.7. NÚMERO DE FILMES.....................................................................................................................137
11. INTERPRETAÇAO..........................................................................................................................138
11.1. INTRODUÇÃO................................................................................................................................13811.2. DESCRIÇÃO DE DEFEITOS..............................................................................................................138
12. Critérios de aceitação...........................................................................................................................140
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